Une mise à niveau d'objectif AOI est généralement la façon la moins coûteuse d'acheter du détail sur une machine que l'on possède déjà, à condition que l'arithmétique optique soit terminée avant que quiconque chiffre un objectif. Cet article part d'une demande réelle : un fabricant européen d'électronique exploitant un poste AOI pour PCBA équipé d'un objectif télécentrique 0,25X demande si le champ de 17,3 × 17,3 mm peut être réduit à 12 × 12 mm ou 8 × 8 mm en conservant la caméra et l'éclairage multicolore existants.
Précisons la nature de ce document : il s'agit d'une proposition de solution issue d'une demande client, et non d'un cas d'installation ni d'un résultat vérifié. Aucun objectif POMEAS n'a été monté sur cette machine et aucune mesure n'y a été réalisée. Chaque chiffre ci-dessous provient soit du matériel du client, soit d'une fiche produit POMEAS, soit est marqué dérivé avec le calcul explicité. Ce qui est inconnu reste inconnu et figure dans la liste de confirmation.
Le jeu de contraintes est étroit, et c'est précisément ce qui rend le problème intéressant. Le client ne veut pas une nouvelle machine AOI. Il veut conserver la caméra, l'éclairage annulaire multicolore, la colonne Z et l'interface convoyeur, et ne changer que l'optique afin que le logiciel d'inspection voie une surface plus petite avec plus de détail par millimètre.
Les seules informations matérielles lisibles sur les photographies du client sont celles-ci :
La demande formule deux cibles : 12 × 12 mm ou 8 × 8 mm. Les deux sont carrées, et le champ actuel de 17,3 mm est également traité comme carré par le client. Cette hypothèse du carré servira plus loin, car un capteur 4:3 ou 16:9 ne peut pas donner un champ carré sans rogner des pixels ou accepter un cercle image asymétrique.

Figure 1 — Tête optique AOI existante du client. Numéro de série et étiquette de câble masqués ; annotations ajoutées, matériel inchangé.
Tout ce qui suit dépend d'une grandeur non mesurée. La section suivante l'extrait de ce que l'on sait déjà, plutôt que de partir de ce que l'on aimerait être vrai.
Presque tous les sélecteurs d'objectifs disponibles en ligne vont dans le même sens : on saisit la largeur du capteur, on divise par le grossissement et on lit le champ. Ce sens est inutilisable ici, car la largeur du capteur est justement la valeur qui manque. Il faut donc l'inverser.
La relation est FOV = W / M, où W est la largeur de la zone de capteur réellement utilisée par le logiciel et M le grossissement de l'objectif. D'où :
W = FOV × M = 17,3 mm × 0,25 = 4,325 mm (dérivé)
Ces 4,325 mm sont la donnée la plus utile produite jusqu'ici, et aussi la plus facile à mal lire. C'est la largeur d'image effective — la bande de capteur que le logiciel AOI utilise réellement — et non la largeur du format du capteur. La distinction n'est pas de la pédanterie : 4,325 mm est inférieur aux 4,8 mm du petit côté d'un capteur 1/3″, ce qui autorise au moins deux explications très différentes :
Les deux explications conduisent à des spécifications d'objectif totalement différentes : il faut donc trancher avec la fiche technique de la caméra du client avant de choisir un objectif. D'ici là, W = 4,325 mm est une valeur de travail signalée comme hypothèse, et la suite de l'article la conserve comme telle.
Si vous préférez dérouler le calcul direct pour un autre capteur, la calculatrice de champ de vision et de taille de pixel du site couvre les cas standard ; cet article ne répète pas cette arithmétique, car le sens intéressant ici est l'inverse.
En maintenant W constant à 4,325 mm, on résout le grossissement exigé par chaque champ cible. C'est la réponse complète à « quel grossissement pour un champ de 12 mm » :
| Champ cible | Grossissement requis M = W / FOV | Rapport de grossissement par rapport à l'objectif 0,25X |
|---|---|---|
| 17,3 × 17,3 mm (actuel) | 0,250X (gravé) | 1,000× (référence) |
| 12 × 12 mm | 0,360X (dérivé) 4,325 / 12 = 0,360 | 17,3 / 12 = 1,442× (dérivé) |
| 8 × 8 mm | 0,541X (dérivé) 4,325 / 8 = 0,541 | 17,3 / 8 = 2,163× (dérivé) |
Il faut lire les deux colonnes de droite comme deux choses distinctes, car c'est là que la plupart des conseils publiés sur les mises à niveau se trompent. 0,360X et 0,541X sont des grossissements absolus, le nombre que l'on cherche sur une fiche technique. 1,442× et 2,163× sont des rapports : ils indiquent que le nouvel objectif doit grossir 1,442 ou 2,163 fois plus que l'actuel 0,25X. Un rapport de 1,442× n'est pas un objectif que l'on peut commander, et écrire « il vous faut un objectif 1,4X » serait une erreur factuelle qu'un ingénieur optique relèverait immédiatement.

Figure 2 — Les trois champs dessinés à la même échelle sur une même zone de carte. Les carrés montrent la couverture, pas la qualité d'image.
Avant de dépenser, il faut écarter proprement l'option gratuite. Presque tous les logiciels AOI permettent à l'opérateur de réduire la zone d'intérêt, et le premier réflexe est de penser qu'un cadre plus petit équivaut à regarder de plus près. Ce n'est pas le cas.
Ce qui compte est l'échantillonnage objet : la taille physique sur la carte que représente un pixel. Il se calcule ainsi :
échantillonnage objet = FOV / nombre de pixels effectifs sur ce FOV
Recadrer la ROI réduit le champ de vision et réduit le nombre de pixels dans exactement la même proportion. Le quotient ne change pas. Vous avez pris une fenêtre plus petite de la même image, pas une image plus nette. Le zoom numérique obéit à la même logique : il rééchantillonne des pixels qui existent déjà.
Il n'existe que deux voies vers un détail réellement supérieur :
Le client a choisi la première voie en demandant à conserver la caméra. Ce choix est légitime et son gain est mesurable en termes relatifs : à un champ de 12 mm, la densité de pixels par millimètre de carte devient 1,442 fois la valeur actuelle, et à 8 mm, 2,163 fois (dérivé). Seules des valeurs relatives sont données ici, et c'est délibéré : le nombre de pixels de la caméra est inconnu, donc toute valeur en micromètres par pixel serait inventée. Dès que le client fournira la résolution du capteur, la valeur absolue découlera de la formule ci-dessus en une étape.
Une conséquence mérite d'être anticipée : un échantillonnage plus fin n'aide que si la fonction de transfert de modulation du nouvel objectif à cette fréquence est suffisante. Un objectif qui dépasse la résolution du capteur est du gaspillage ; un capteur qui dépasse l'objectif produit des pixels mous, quelle que soit la réduction du champ.
Le télécentrique fixe est la réponse conservatrice. Il est mécaniquement simple, sans pièce mobile à recalibrer, et il conserve la propriété qui avait rendu raisonnable le choix de l'objectif actuel : le grossissement ne change pas lorsque la pièce se déplace dans la profondeur de champ, de sorte que les mesures dimensionnelles restent honnêtes sur une carte dont les composants ont des hauteurs différentes.
Trois distances focales du catalogue encadrent le besoin, et leurs données réelles montrent la forme du problème :
| Modèle | Grossissement | FOV avec W supposé de 4,325 mm | Distance de travail | Profondeur de champ | Capteur max. | Résolution |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PMS-LTCM03-110 | 0,3X | 14,4 mm (dérivé) | 110 mm | 4,4 mm | 2/3″ | 11,18 µm |
| PMS-LTC05-40 | 0,5X | 8,65 mm (dérivé) | 40 mm | 1,6 mm | 1/2″ | 6,7 µm |
| PMS-LTC1-85 | 1,0X | 4,3 mm (dérivé) | 85 mm | 1,00 mm | 2/3″ | 8,39 µm |
Regardez ce que le catalogue ne contient pas. La cible de 8 mm exige 0,541X, et 0,5X tombe à moins d'un millimètre, assez près pour être accepté ou ajusté par la largeur effective du logiciel. La cible de 12 mm exige 0,360X, et il n'y a rien : 0,3X dépasse à 14,4 mm, 0,5X reste à 8,65 mm. Cet écart est le constat le plus important de l'analyse, et il n'apparaît que si l'on calcule W au lieu de supposer un format de capteur. Pour 12 mm sur une largeur effective de 4,325 mm, la réponse honnête est un grossissement hors standard ou un montage à deux objectifs, et elle doit être chiffrée comme à confirmer plutôt que devinée.
Le catalogue complet, avec les variantes longue distance de travail et haute résolution, figure sur la page de la gamme d'objectifs télécentriques. Notez aussi la colonne résolution : c'est la limite d'image de l'objectif lui-même, et elle est couplée à la question de l'échantillonnage de la section précédente. Réduire le champ sans vérifier ce nombre est la manière classique de finir avec plus de pixels et la même information.
L'alternative est un objectif zoom continu motorisé, qui remplace le 0,25X fixe par une plage et permet à la machine de choisir un champ par étape d'inspection plutôt que par configuration matérielle. L'objectif zoom motorisé PMS-LZ-650104 de 0,7X à 4,5X couvre un rapport de 6,5:1 avec 82 ± 2 mm de distance de travail sur un cercle image 2/3″, avec une résolution de 3,95 µm et une distorsion de 0,001 %. Le zoom motorisé 12,5:1 pour l'inspection automatisée étend la plage à 0,58X–7,5X à 77,4 ± 2 mm. Une troisième option, l'objectif zoom 4K pour capteurs 1 pouce, va de 0,68X à 5,0X à 80 mm.
Deux conséquences de ce choix sont souvent sous-estimées au stade du devis.
Premièrement, le zoom ne change pas seulement le grossissement, il change la relation entre grossissement et position. Avec un objectif fixe, on fait la mise au point une fois. Avec un zoom motorisé, la position de grossissement et celle de mise au point sont couplées : chaque palier de grossissement exige sa propre calibration de mise au point, et cette calibration doit être reprise dès que la distance de travail change. Le détail d'ingénierie sur la gestion sans arrêt de ligne est traité dans l'article sur les changements de grossissement pendant l'inspection AOI ; il n'est pas répété ici.
Deuxièmement, un zoom motorisé est un sous-système électromécanique, pas un morceau de verre. Le LZ-650104 utilise un servomoteur continu à asservissement en boucle fermée et une interface RS-232 à 9 broches, avec RS-232 ou USB en option. Cela implique une alimentation, une voie de communication vers le logiciel AOI ou l'automate, et une relecture du grossissement à laquelle la recette d'inspection puisse se fier. Si le logiciel ne peut pas lire le grossissement actif, tous les résultats de mesure perdent leur traçabilité. C'est une tâche d'intégration logicielle avec un délai, pas l'achat d'un accessoire.
La gamme complète, avec corps manuels et motorisés, se trouve sur la page de la gamme d'objectifs zoom.
Les deux voies sont techniquement défendables. Ce qui les sépare n'est pas une qualité optique abstraite, mais la part de la machine existante à refaire. La comparaison est limitée à cette installation, à ces trois champs et à la largeur effective supposée.
| Dimension | Voie A — télécentrique fixe | Voie B — zoom motorisé |
|---|---|---|
| Grossissement délivré | Une valeur fixe par objectif (0,3X / 0,5X / 1,0X) | Plage continue (0,7X–4,5X, 0,58X–7,5X ou 0,68X–5,0X) |
| Atteint 12 mm (0,360X) | Aucun palier standard ; sur mesure ou deux objectifs | Oui, si la plage descend assez bas pour le W supposé |
| Atteint 8 mm (0,541X) | Oui, 0,5X donne 8,65 mm | Oui, dans la plage |
| Conserve le champ large de 17,3 mm | Non ; le fixe doit rester ou être changé | Seulement si le grand-angle atteint 17,3 mm, ce qui dépend de W |
| Distance de travail | 40 mm / 85 mm / 110 mm | 77,4–82 mm |
| Tendance de la profondeur de champ | 4,4 mm à 0,3X, 1,6 mm à 0,5X, 1,00 mm à 1,0X | Diminue quand le grossissement monte dans la plage |
| Travaux mécaniques | Nouveau fût, remontage, course Z, nouveau support d'éclairage | Idem, plus câblage et logement du variateur |
| Logiciel et communication | Rien au-delà de la recalibration | Liaison RS-232/USB, intégration automate ou recette, relecture du grossissement |
| Charge de calibration | Une calibration par objectif | Une calibration par palier, reprise après tout changement mécanique |
Il n'y a pas de vainqueur universel, et tout fournisseur qui prétend le contraire vend un produit et non une solution. Si la tâche d'inspection est une passe unique à un seul grossissement, un objectif fixe est plus simple, moins cher et plus facile à valider. Si la gamme de produits est large et que certains modèles ne demandent qu'une passe de localisation tandis que d'autres exigent une revue de détail, la plage variable se rentabilise. La décision appartient à la tâche d'inspection, pas au catalogue.

Figure 3 — Les deux voies et leurs prérequis communs. Comparaison d'architectures uniquement ; aucune n'est installée.
Cette section fait économiser de l'argent. Un rapport de zoom de 12,5:1 semble nettement supérieur à 6,5:1, et il l'est en termes de plage. Mais la plage n'est pas la couverture, et la couverture d'un champ précis est décidée par la largeur d'image effective W, sans rapport avec l'amplitude du zoom.
Faites passer les trois valeurs plausibles de W dans la même arithmétique :
| Largeur effective W supposée | Grossissement pour 12 mm / 8 mm | Ce qui couvre réellement la cible |
|---|---|---|
| 4,325 mm (dérivé de l'objectif actuel) | 0,360X / 0,541X | 8 mm : le télécentrique 0,5X donne 8,65 mm, ou un zoom macro 0,5X–1,0X réglé à 0,54X. 12 mm : aucun palier standard ; 0,3X donne 14,4 mm et 0,5X donne 8,65 mm. Sur mesure ou deux objectifs uniquement. |
| 8,8 mm (si tout le 2/3″ est utilisé) | 0,733X / 1,100X | Le zoom 0,58X–7,5X couvre les deux : 15,2 mm à 0,58X et 8,0 mm à 1,1X. Mais 17,3 mm exigerait 0,509X, sous le grand-angle : le champ large est perdu. |
| 12,8 mm (si tout le 1″ est utilisé) | 1,067X / 1,600X | Le zoom 0,68X–5,0X couvre les trois : 18,8 mm à 0,68X, 17,3 mm à 0,74X, 12,0 mm à 1,07X et 8,0 mm à 1,60X. |
Lisez attentivement la ligne du milieu, car elle est contre-intuitive. L'objectif 12,5:1 a de loin le plus grand rapport, et son grand-angle est 0,58X. Sur une largeur effective de 8,8 mm, 0,58X produit un champ de 15,2 mm, inférieur aux 17,3 mm que la machine voit aujourd'hui. Un objectif au rapport de zoom supérieur à l'objectif fixe actuel ne peut toujours pas reproduire le champ large actuel. Le rapport de zoom indique de combien le grossissement peut varier ; il n'indique pas où la plage commence.
Formulons maintenant l'exigence honnêtement. Pour conserver 17,3 mm et atteindre aussi 12 mm et 8 mm avec la même caméra, un seul objectif devrait couvrir à peu près 0,25X à 0,55X. En parcourant le catalogue POMEAS, les formes les plus proches sont un zoom macro télécentrique 0,5X–1,0X à 75–106 mm de distance de travail, qui perd le grand-angle, et le zoom 0,58X–7,5X, dont le grand-angle de 7,46 mm sur un W de 4,325 mm reste très loin de 17,3 mm. Il n'existe aucun modèle de catalogue vérifié couvrant à la fois 17,3, 12 et 8 mm. C'est la réponse honnête, et elle vaut plus pour un client qu'une réponse optimiste.
Une voie technique pourrait décaler toute la plage vers le bas : un zoom variable associé à un accessoire réducteur ou à un adaptateur TV placé entre l'objectif et la caméra. La direction est de l'optique standard, mais les paliers de grossissement et la compatibilité du cercle image doivent être confirmés par l'ingénierie POMEAS pour l'objectif et la caméra réels ; ils sont donc présentés ici comme préliminaires et non comme une configuration validée.

Figure 4 — Configurations POMEAS représentatives des deux voies. Photographies officielles ; rien de ce qui est montré n'est installé sur la machine du client.
L'arithmétique optique est la moitié facile. La moitié qui décide du succès du projet est ce qui arrive à la machine autour de l'objectif, et cela commence par la distance de travail.
La distance de travail s'effondre. L'objectif actuel est à 150 mm. Les candidats sont à 40 mm (télécentrique 0,5X), 85 mm (1,0X), 110 mm (0,3X), 77,4 ± 2 mm (zoom 12,5X) et 82 ± 2 mm (zoom 6,5X). En arrondissant, l'ensemble caméra-objectif doit descendre de 40 à 110 mm. Ce n'est pas un réglage de cale : la course restante de l'axe Z doit suffire, le soufflet ou l'écran lumineux doit encore tenir, et le bâti ne doit pas heurter le portique en fin de course.
L'éclairage annulaire doit être redessiné, pas simplement déplacé. L'éclairage multicolore est maintenu par un support carré sous l'objectif, avec un diffuseur hexagonal, et produit à 150 mm un diamètre de spot donné sur la carte. Si la distance tombe à 40–110 mm, deux choses changent à la fois : le spot éclairé rétrécit et l'angle d'incidence sur la carte devient plus rasant. Les conséquences pratiques sont une périphérie plus sombre, des reflets sur le masque de soudure en incidence rasante, et de la diaphonie entre canaux de couleur jusque-là distincts. Rien de cela n'apparaît sur une fiche d'objectif, et tout cela apparaît sur la première image après montage.
Le maintien doit être vérifié par rapport au fût. Un corps de zoom 6,5X mesure 119,9 mm de long pour 44 mm de diamètre extérieur, et les fûts télécentriques sont plus longs encore. La pince existante a été dimensionnée pour le fût 0,25X. Resserrer un ensemble plus long et plus lourd sur le même support modifie le moment sur le chariot Z : c'est un problème de vibration et de répétabilité, pas d'esthétique.
La profondeur de champ devient le risque dominant. L'objectif actuel peut être fermé à f/22, il dispose donc d'une marge d'ouverture à négocier. Les candidats sont moins bien lotis : 4,4 mm de profondeur de champ à 0,3X, 1,6 mm à 0,5X, 1,00 mm à 1,0X, et de moins en moins à mesure qu'un zoom est poussé vers son extrémité longue. Les assemblages PCBA comportent connecteurs, blindages et condensateurs électrolytiques qui dépassent de plusieurs millimètres du substrat. Avec 1,00 mm de profondeur de champ, une carte qui se mettait au point correctement à 0,25X montrera désormais des zones nettes et des zones molles, et l'opérateur incriminera l'objectif alors que la cause est la carte des hauteurs. Fermer le diaphragme récupère un peu de profondeur au prix de la lumière et de la netteté limitée par la diffraction, ce qui est exactement le mauvais compromis à fort grossissement.
Ouverture et éclairage doivent être réajustés ensemble. Un grossissement plus élevé concentre la même lumière sur une surface plus petite : l'exposition s'améliore souvent tandis que l'uniformité se dégrade. Prévoyez une passe de requalification de l'éclairage sur cartes réelles, pas un essai de banc avec une mire.
La liste est courte et chaque point est aujourd'hui inconnu. Chacun peut changer la spécification de l'objectif : aucun ne doit être rempli par hypothèse, ni par nous, ni par le service achats du client.
Si vous en êtes encore au choix de la machine plutôt qu'à sa mise à niveau, le guide de sélection optique pour l'AOI PCB traite cette décision dans le sens direct, en partant de la taille du défaut plutôt que d'un objectif installé.
Oui, à condition que le cercle image du nouvel objectif couvre la zone de capteur utilisée par le logiciel et que la monture et le tirage optique soient compatibles. Le facteur limitant est rarement la caméra et presque toujours l'encombrement mécanique : le nouvel objectif aura une distance de travail plus courte, un fût plus long et un support d'éclairage différent. Confirmez la largeur d'image effective avant de commander, car un objectif choisi pour une mauvaise largeur manquera largement le champ cible.
Cela dépend de la largeur d'image effective, pas seulement du champ. Sur la largeur effective de 4,325 mm dérivée de l'objectif 0,25X et du champ de 17,3 mm de cette machine, un champ de 12 mm exige 0,360X et un champ de 8 mm exige 0,541X. En termes relatifs, cela représente 1,442 et 2,163 fois le grossissement actuel, qui sont des rapports et non des valeurs d'objectif commandables. Si la caméra utilise une zone de capteur plus grande, les deux valeurs absolues augmentent proportionnellement.
Non. Le recadrage réduit le champ de vision et le nombre de pixels sur ce champ du même facteur : la taille d'objet représentée par un pixel ne change donc pas. Vous obtenez une fenêtre plus petite de la même image. Plus de détail exige soit un grossissement optique supérieur, qui garde le nombre de pixels et réduit le champ, soit une caméra à pixels plus petits, qui garde le champ et augmente le nombre de pixels.
Parce que le rapport de zoom décrit l'amplitude du grossissement, pas son point de départ. Un objectif de 0,58X à 7,5X a un rapport de 12,5:1, mais à 0,58X sur une largeur effective de 8,8 mm il produit un champ de 15,2 mm, inférieur aux 17,3 mm que la machine voit aujourd'hui. La couverture d'un champ précis est décidée par la largeur d'image effective et le grossissement requis, pas par le rapport imprimé sur la fiche technique.
La distance de travail se raccourcit, typiquement de 150 mm à 40–110 mm pour les objectifs candidats : l'ensemble caméra-objectif doit donc descendre et la course de l'axe Z être revérifiée. L'éclairage annulaire se rapproche alors de la carte, ce qui réduit le spot éclairé, rend l'angle d'incidence plus rasant et peut introduire du vignetage ou de la diaphonie entre canaux de couleur. Le support d'éclairage comme la recette d'éclairage doivent être requalifiés sur cartes réelles.
Deux conclusions résistent à l'arithmétique. La première est que les deux voies sont viables et que le choix entre télécentrique fixe et zoom motorisé appartient à la tâche d'inspection : une inspection en une passe à un seul grossissement favorise l'objectif fixe, tandis qu'une gamme de produits large avec une passe de localisation grossière et une passe de revue de détail favorise le variable. La seconde est qu'aucune voie ne peut être spécifiée avant confirmation de la largeur d'image effective, car ce seul nombre déplace le grossissement requis et change les modèles de catalogue qui conviennent.
La solution à proposer quelle que soit la voie est une inspection en deux étapes : localiser la carte et les zones d'intérêt avec le champ large que la machine possède déjà, puis passer au champ étroit uniquement là où le détail est réellement nécessaire. Le nombre d'images en champ étroit, donc le temps de cycle, reste ainsi proportionnel aux défauts recherchés et non à la surface de la carte.

Figure 5 — Flux proposé en deux étapes. Seule la troisième étape change l'optique ; les tailles de champ supposent la largeur effective dérivée de 4,325 mm.
Envoyez la fiche technique de la caméra, le marquage de l'objectif actuel et le plus petit défaut à détecter : le grossissement, la distance de travail et le support d'éclairage pourront être spécifiés sur des chiffres réels plutôt que sur des hypothèses. Contactez POMEAS avec ces trois éléments et la voie optique pourra se réduire à une recommandation.
Note sur les preuves : le grossissement 0,25X, la distance de travail de 150 mm et la plage de diaphragme sont lus sur les photographies du client. Toutes les spécifications POMEAS proviennent des fiches produit en vigueur. La largeur effective de 4,325 mm, les grossissements de 0,360X et 0,541X et les rapports de 1,442× et 2,163× sont dérivés et l'arithmétique figure dans le texte. Le modèle de caméra, le format de capteur, le nombre de pixels, la spécification de la source lumineuse et la taille du plus petit défaut sont inconnus et restent à confirmer. Aucun matériel n'a été installé ni testé sur la machine du client.
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