雙遠心鏡頭及其檢測應(yīng)用

雙遠心鏡頭特殊的光學(xué)設(shè)計，能使相機接收平行光，解決視差帶來的檢測精度問題；還能避免雜散光，保證圖像輪廓清晰。傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭在機器視覺系統(tǒng)和科研中有十分重要的作用，主要應(yīng)用于各種零件、玻璃制品、電子元件等產(chǎn)品的測量，不但應(yīng)用范圍廣，且應(yīng)用量大。隨著技術(shù)的發(fā)展，面對越來越多樣化的被測物體和檢測項目，人們對測量精度的要求不斷提高，雙遠心鏡頭的使用越來越廣。雙遠心鏡頭普通FA鏡頭成像存在近大遠小的特性，會使檢測的精確性大打折扣。為了糾正普通FA鏡頭的視差影響，遠心鏡頭應(yīng)運而生。圖1：光虎光學(xué)德國設(shè)計的高精度雙遠心鏡頭。光虎光學(xué)的雙遠心鏡頭得益于特殊的光學(xué)設(shè)計，能夠使得光線在進出光學(xué)系統(tǒng)時與光軸平行；由于平行光的入射，使得雙遠心鏡頭拍攝下的物體表面成像倍率恒定，徹底解決視差帶來的精密檢測問題；同樣避免雜散光入射，使得被測物邊緣銳度增加，保證拍攝圖像輪廓的清晰度，有利于后期圖像處理。為了使測量更加精確，光虎光學(xué)對雙遠心鏡頭有著嚴(yán)格的性能要求，其畸變和遠心度保持在0.05以內(nèi)，形變量小，邊緣視場部分成像清晰，測量精度高，且成像均勻度良好，邊緣圖像清晰、銳利，沒有陰影存在，被檢測物體的周圍噪點較少。雙遠心鏡頭的應(yīng)用機器視覺系統(tǒng)在各行各業(yè)的精密測量、缺陷檢測、識別定位等方面發(fā)揮著重要作用，而雙遠心鏡頭在機器視覺系統(tǒng)中堪稱重中之重，尤其是在一些檢測需求旺盛的應(yīng)用領(lǐng)域。（1）半導(dǎo)體芯片檢測

在半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域，雙遠心鏡頭用于圖像測量和檢測等關(guān)鍵工序。在半導(dǎo)體芯片的制造過程中，雙遠心鏡頭通過其高精度、高穩(wěn)定性的成像系統(tǒng)，來確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。在測量半導(dǎo)體芯片引腳間距的案例中，測量精度要求達到0.01mm，并且需要檢測芯片的引腳是否缺損以及表面是否存在劃痕。芯片檢測一般所需要的視野較小，且精度要求較高，普通FA鏡頭無法達到較高的精度。光虎光學(xué)的TTL18.5-45-70C雙遠心鏡頭，能夠輕松滿足0.01mm的測量精度要求。芯片在檢測時通過傳送帶傳送，在傳送過程中會產(chǎn)生微小抖動，需要確保在抖動過程也能實時檢測，這就需要鏡頭具備大景深，在抖動過程中依然可以同時看到不同高度的清晰圖像，提高測量效率。由于雙遠心鏡頭接收平行光，這一特性使得圖像對比度明顯，更有利于軟件檢測。

圖2：半導(dǎo)體芯片（左）及使用TTL18.5-45-70C雙遠心鏡頭拍攝的檢測圖（右）。

（2）汽車零部件檢測在汽車零部件的制造中，會涉及很多精確的光學(xué)檢測和測量應(yīng)用。雙遠心鏡頭可以幫助操作人員在不同工作距離上，同時獲得清晰的視覺圖像，從而在不同距離上實現(xiàn)高精度光學(xué)測量，提高裝配和質(zhì)檢的效率與準(zhǔn)確性。在某案例中，需要測量汽車零部件的尺寸長度和顏色，測量精度要求0.05mm。在實時檢測過程中，普通FA鏡頭的測量數(shù)據(jù)波動過大，導(dǎo)致汽車零部件檢測不準(zhǔn)。使用光虎視覺的TTL18.5-105-160C雙遠心鏡頭后，能明顯提高圖像對比度，而且所測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確穩(wěn)定，使項目得以更好地推進。圖3：汽車零部件（左）及使用TTL18.5-105-160C雙遠心鏡頭拍攝的檢測圖（右）。（3）精密金屬零件測量過去，測量細(xì)小精密金屬零件，大多數(shù)是通過肉眼搭配簡易的測量工具來完成。然而，測量過程常常因為人眼的疲乏而造成誤差，測量效率也隨之變差。近年來，機器視覺在金屬零件測量領(lǐng)域的應(yīng)用日漸成熟，以往需要人工手動測量微小金屬零件的任務(wù)，借助機器視覺系統(tǒng)，不但能明顯提升測量效率，還能顯著提升測量精度。在需要測量金屬零件內(nèi)徑和外徑的案例中，測量精度要求0.05mm，并需要檢測零部件內(nèi)外圓的同心度是否達到要求。檢測精密金屬零件所要求的精度較高，普通FA鏡頭無法達到要求；而且由于金屬零件具有反光性，導(dǎo)致在軟件看到圖像信息中，零件邊緣處像素有亮暗過渡，輪廓特征不明顯，使得軟件識別不免出現(xiàn)誤差。使用TTL18.5-105-160C雙遠心鏡頭，不但能輕松滿足0.05mm的測量精度要求，而且由于雙遠心鏡頭接收平行光，使圖像對比度明顯，視野范圍內(nèi)測量結(jié)果穩(wěn)定，邊緣圖像清晰、銳利，沒有陰影存在，周圍噪點較少，更有利于軟件進行圖像處理。另外，此次測量的金屬零件外徑尺寸上下具有明顯的高度差，需要鏡頭景深大，TTL18.5-105-160C雙遠心鏡頭可以將凸起的外徑和凹陷的外徑同時拍攝清晰，提高測量效率。圖4：精密金屬零件（左）及使用TTL18.5-105-160C雙遠心鏡頭拍攝的檢測圖（右）。（4）醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用在醫(yī)療行業(yè)，雙遠心鏡頭為醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)學(xué)診斷及研究提供了強大工具，幫助生產(chǎn)商確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能，能夠在非接觸條件下，精準(zhǔn)測量醫(yī)療設(shè)備和產(chǎn)品，同時提高設(shè)備和產(chǎn)品的安全性和可靠性，進而提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在檢測注射針孔通暢性的案例中，針頭的外徑只有0.7mm，內(nèi)徑更小。即使可以使用機械手段檢測，也會因為有表面接觸容易造成二次劃傷。視覺檢測作為非接觸手段，在精度、避免磨損及提高效率方面，都具有無與倫比的優(yōu)勢。如果采用普通FA鏡頭檢測，因為視場角的存在，只能在視野中間能勉強看到通光效果，且精度相當(dāng)差，不同的擺放位置會造成視差問題，大大降低檢測精準(zhǔn)度。使用光虎光學(xué)的TTL06-45-70C-D雙遠心鏡頭檢測，因為在視場范圍內(nèi)鏡頭都是接收平平行光，不同的擺放位置不會影響缺陷檢測，且圖像對比度明顯，在軟件圖像中可以看到：在視野內(nèi)分布五個針頭，有一只針孔被堵住沒有通光，在非接觸的情況下，所有缺陷都能一目了然。圖5：醫(yī)療注射針（左）及使用TTL06.5-45-70C-D雙遠心鏡頭拍攝的檢測圖（右）。（5）透明玻璃鏡片檢測透明玻璃的材質(zhì)易受外界環(huán)境光線干擾，容易出現(xiàn)遮擋或泛白的情況。在某個光學(xué)透鏡的檢測案例中，需要檢測透鏡的外徑尺寸和透鏡表面的瑕疵，如劃痕、白點等。使用普通FA鏡頭觀察鏡片，對焦到鏡片表面后，鏡頭成像有些模糊，雖然隱約能看到劃痕但對比度低，很難被識別。光虎的雙遠心鏡頭基于特殊的光學(xué)設(shè)計，不但分辨率高，還有著極低的遠心度和畸變，因而檢測精度很高。雙遠心鏡頭使相機接收的光都是平行光，減少雜散光的影響，更能凸顯玻璃表面的特征，更容易清晰準(zhǔn)確地識別細(xì)小瑕疵，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。使用TTL11.5-45-70C雙遠心鏡頭進行檢測，能觀察到鏡片上明顯的劃痕，成像更加清晰。圖6：光學(xué)透鏡