Guide de sélection d'un objectif télécentrique : grossissement, champ, distance de travail et précision

Réponse directe : un objectif télécentrique se choisit avec quatre calculs, toujours dans le même ordre. D'abord le grossissement, égal à la largeur du capteur divisée par la largeur de champ à observer. Ensuite la couverture : le cercle image doit couvrir la diagonale du capteur, sans vignetage. Puis la résolution sur la pièce, soit la taille du pixel divisée par le grossissement. Enfin la profondeur de champ, qui doit absorber la variation de hauteur réelle de la pièce. Si les quatre passent, l'objectif convient ; si l'une échoue, aucune des trois autres ne la compense.

Si le grossissement est déjà calculé, chaque palier liste tous les modèles avec distance de travail, résolution et champ par taille de capteur :

• 0,2X : 2 modèles, champ 44,00 × 33,00 mm
• 0,3X : 3 modèles, champ 29,33 × 22,00 mm
• 0,5X : 7 modèles, champ 17,60 × 13,20 mm
• 1,5X : 5 modèles, champ 5,87 × 4,40 mm

Ce qui rend un objectif télécentrique

Dans un objectif classique, les rayons qui forment l'image arrivent sur le capteur avec un angle qui augmente vers les bords du champ. Le grandissement effectif dépend donc de la hauteur de l'objet : une même pièce placée quelques dixièmes de millimètre plus haut projette une image légèrement différente. Dans un objectif télécentrique côté objet, le diaphragme d'ouverture est placé dans le plan focal du groupe frontal, si bien que les rayons principaux sortent parallèles à l'axe. Le grandissement ne dépend plus de la distance ni de la hauteur, seulement du rapport des focales.

C'est précisément ce dont un système de mesure a besoin, et c'est aussi ce qui explique son prix : pour que les rayons sortent parallèles, le groupe frontal doit être au moins aussi grand que le champ, et souvent plusieurs fois plus. Un télécentrique 0,5X couvrant 44 mm de champ porte un frontal de plus de 44 mm de diamètre — d'où l'encombrement et la masse.

Les quatre calculs, dans l'ordre

1. Grossissement. β = largeur du capteur ÷ largeur de champ. Avec un capteur 2/3″ (8,8 mm de large) et un champ de 20 mm : 8,8 ÷ 20 = 0,44X. On retient le cran commercial immédiatement supérieur, jamais inférieur, car rester en dessous signifie ne pas voir la pièce entière.

2. Couverture. L'objectif doit couvrir la diagonale du capteur, pas seulement sa largeur. Un capteur 2/3″ a 11 mm de diagonale ; si l'objectif annonce un cercle image de 11 mm ou moins, les coins s'assombrissent et la mesure dans les angles n'est plus valable. C'est l'erreur la plus fréquente lorsqu'on associe un objectif ancien à une caméra plus résolue.

3. Résolution sur la pièce. Un pixel de 3,45 µm à 0,44X couvre 3,45 ÷ 0,44 ≈ 7,8 µm sur la pièce. La résolution optique annoncée de l'objectif, en µm, doit être égale ou meilleure ; sinon le capteur résout plus fin que l'optique ne transmet et le système perd en précision sans que cela se voie dans l'image.

4. Profondeur de champ contre variation de hauteur. La profondeur annoncée doit couvrir la somme de la planéité de la pièce, de la répétabilité du porte-pièce et de la dérive thermique pendant le cycle. Un 2,0X de cette famille annonce 0,27 mm ; si le convoyeur varie de ±0,2 mm, la marge ne suffit pas : il faut descendre en grossissement ou stabiliser la hauteur.

La famille 110 mm, de 0,2X à 2,0X

Ces sept modèles partagent une distance de travail de 110 mm — sauf le 0,8X à 90,5 mm — en monture C. Ce sont les références des séries LTCM et LTC du catalogue : ils couvrent des pièces de plusieurs dizaines de millimètres jusqu'à des détails inférieurs à 10 µm en changeant seulement le grossissement, sans toucher à la mécanique du poste.

Ce qu'il faut regarder au-delà du grossissement

Télécentricité. Elle s'exprime en degrés et décrit l'écart maximal du rayon principal par rapport à l'axe. En dessous de 0,02°, l'erreur de perspective reste sous 0,35 µm pour 1 mm de variation de hauteur. Au-delà de 0,1°, elle devient comparable à la tolérance que l'on veut mesurer.

Distorsion. Elle se situe typiquement entre 0,01 % et 0,05 %. Elle compte peu si le système est calibré avec une règle étalon, mais beaucoup si l'on compare la pièce à un gabarit fixe sans calibration par zone.

Éclairage. La version à éclairage coaxial intégré loge le séparateur dans le fût et permet d'éclairer les surfaces planes et spéculaires dans l'axe. L'optique est commune avec la version standard : le champ et le grossissement ne changent pas, seuls le diamètre de travail et le trajet de la lumière changent.

Quand le télécentrique n'est pas la réponse

Si la pièce dépasse 100 mm de côté, le frontal devient disproportionné et un objectif FA de focale fixe avec calibration par zone est souvent plus rentable. Si la hauteur varie bien plus que la profondeur de champ disponible, aucun objectif ne résout le problème : il faut stabiliser la hauteur ou passer à la triangulation laser. Et s'il s'agit seulement de détecter une présence, une position ou une couleur, un objectif FA classique suffit pour une fraction du prix.

Questions fréquentes

Peut-on utiliser un télécentrique avec n'importe quelle caméra ?

Oui, à condition que le cercle image couvre la diagonale du capteur et que la monture corresponde. Un objectif 2/3″ sur une caméra 1″ vignette dans les coins ; un objectif 1″ sur une caméra 2/3″ gaspille de l'optique mais fonctionne.

Le grossissement de l'objectif est-il celui du système ?

Non. Le grossissement du système est le produit du grossissement de l'objectif et de celui de toute optique intercalée. Dans cette famille, la valeur annoncée correspond à l'ensemble objectif plus monture C standard.

Comment vérifier la profondeur de champ réelle ?

Avec une pièce étagée de hauteur connue et une règle étalon : on fait le point sur la marche basse, on monte par pas de 0,05 mm et on note le point où le bord cesse d'être net. La profondeur utile est généralement inférieure à la valeur annoncée, calculée en conditions idéales.

Pourquoi un télécentrique coûte-t-il plus cher qu'un FA ?

À cause de la taille du groupe frontal, comparable au champ, et de la tolérance de centrage nécessaire pour garder les rayons parallèles. Le coût augmente avec le champ et le grossissement, pas avec la monture.

Est-ce utile si la pièce est toujours à la même hauteur ?

Cela dépend de la tolérance. Si la pièce est bien posée et que la tolérance dépasse l'erreur de perspective du FA, non. Si l'on mesure des bords à quelques microns, le télécentrique supprime une source d'erreur qu'il faudrait sinon calibrer sur chaque pièce.

Étape suivante

Le plus rapide est de transmettre la largeur de champ nécessaire, le capteur de la caméra et la variation de hauteur de la pièce. Avec ces trois données, le grossissement, la référence exacte dans la famille et la profondeur de champ disponible sont renvoyés avant toute décision d'achat.

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