Контроль торцов оптоволоконных коннекторов: зум-объектив с APO 5X и жёлтая коаксиальная подсветка

В этой статье описан выполненный проект контроля торцов оптоволоконных коннекторов: производителю волоконно-оптических коннекторов требовалось получать изображение торца коннектора в ограниченном монтажном пространстве, при двух жёстких условиях — белые зоны контроля на торце должны быть видны с полным контуром, а освещение должно быть жёлтым, как того требует технологический процесс заказчика. Итоговая конфигурация объединяет зум-объектив 0,7–4,5X, объектив APO 5X, переходное кольцо APO и жёлтый точечный источник света; измеренное рабочее расстояние составило 65 мм. Ниже мы публикуем полную конфигурацию, формулу пересчёта увеличения, монтажные размеры и реальный результат изображения, чтобы инженеры с похожими задачами могли напрямую сравнить собственный подбор.

Другие языки: English · 中文 · Español · Français · العربية

1. Задача контроля и три сложности

Объект контроля — торец оптоволоконного коннектора. На фотографии образца, предоставленной заказчиком, критическая зона контроля у торца обведена красным кругом. Требование на производстве было двойным: видеть общий контур торца и полностью отображать белые зоны на нём — как основу для последующей оценки оператором.

Требование выглядит обычным, но для его реализации нужно было одновременно преодолеть три препятствия:

Сложность 1: недостаточное увеличение. С одним стандартным зум-объективом (0,7–4,5X) детали контура белых зон на торце получались слишком мелкими. Заказчик хотел добавить ещё одну ступень увеличения объективом, чтобы зоны контроля заполняли кадр.

Сложность 2: ограниченные рабочее расстояние и монтажное пространство. После добавления объектива необходимо оставить достаточный зазор между передней частью оптики и деталью для манипуляций. Кроме того, место установки на линии уже было определено: длину тубуса, диаметр зажима и направление ввода света требовалось подтвердить до закупки, чтобы избежать переделок.

Сложность 3: освещение. Техпроцесс заказчика прямо требовал жёлтого света. Торец волокна — это малая, сильно отражающая цель, поэтому освещение должно идти по коаксиальному пути: свет вводится сбоку, разделяется внутри объектива и направляется по оптической оси на торец. Без коаксиальной геометрии контраст между белыми зонами и остальной частью торца просто не появляется.

2. Оптическая конфигурация: четыре компонента, четыре функции

Поставленная конфигурация приведена ниже; каждый компонент отвечает ровно за одну задачу:

Несколько замечаний:

• 63106 — это PMS-LZ-63106D6: ручной зум-объектив 0,7–4,5X для сенсоров 2/3″ со встроенным коаксиальным портом подсветки. Он выбран вместо модели 6,5X с большим увеличением потому, что после добавления объектива APO 5X суммарного увеличения уже достаточно, а избыточное увеличение обходится только рабочим расстоянием и глубиной резкости.
• Объектив APO — апохроматический, с плоским полем: на малой плоской цели вроде торца волокна это одновременно сохраняет точность увеличения и постоянство цвета.
• Жёлтый точечный источник входит через боковой порт Φ25 на тубусе, поэтому не занимает место перед объективом.

3. Как считать суммарное увеличение: не пропустите коэффициент 0,55

Это самый часто ошибочный шаг в любой схеме «зум-объектив + объектив APO». Многие при оценке просто перемножают «увеличение зума × увеличение объектива». Однако когда зум-объектив напрямую переводится на объектив APO через переходное кольцо APO, в систему необходимо ввести коэффициент пересчёта 0,55:

Суммарное увеличение = увеличение зума × увеличение объектива APO × 0,55

Для нашего случая: 4,5 × 5 × 0,55 = 12,375, то есть максимальное суммарное увеличение около 12,4X (расчётное значение, по техническому пересчёту).

Два практических следствия:

• При повороте кольца зума суммарное увеличение непрерывно меняется примерно от 1,9X (0,7 × 5 × 0,55) до 12,4X — это позволяет на одной позиции охватить и общий вид, и детали.
• Если пересчитывать поле зрения и согласование пикселей сенсора от 22,5X (пропустив коэффициент 0,55), весь подбор уходит в сторону. Поэтому мы рекомендуем подтверждать увеличение по реальному изображению, а уже затем фиксировать параметры камеры.

4. Монтажное пространство и рабочее расстояние: сначала 3D-модель

Чтобы закрыть вопросы монтажа до закупки, вместе с предложением мы передали STEP-модель всего оптического тракта и 2D-чертёж с размерами. По 3D-модели заказчик выполнил проверку на пересечения прямо в компоновке линии и заранее проверил монтажное пространство и рабочее расстояние.

Ключевые размеры чертежа (мм):

• Общая длина сборки 271,18 (от базовой плоскости C-Mount до передней части оптики)
• Интерфейс C-Mount Φ25,40
• Место зажима Φ40,64, на расстоянии 134,50 от базовой плоскости C-Mount
• Передняя часть тубуса Φ32
• Боковой порт точечного источника Φ25

Наибольшую ценность для заказчика дал размер «место зажима Φ40,64 на 134,50 от C-Mount»: оснастке достаточно зажимать тубус именно в этом месте, а изменения диаметра до и после него на зажим не влияют.

Измерение на станке после установки: рабочее расстояние от передней части объектива APO до поверхности детали составляет около 65 мм. Этого достаточно для оснастки и перемещений загрузки, плюс остаётся ход фокусировки.

5. Освещение: изображение торца при жёлтом коаксиальном свете

Согласно техпроцессу заказчика, освещение выполнено стандартным жёлтым точечным источником. Свет вводится через боковой порт, разделяется внутри зум-объектива и идёт вдоль оси изображения к торцу. Преимущество такой архитектуры — светоделитель внутри объектива, источник сбоку — в том, что источник не занимает место перед объективом, а перепады высоты на торце не дают смещения теней.

На месте также сравнивали изображение при белом свете; окончательный выбор жёлтого света сделан по технологической спецификации заказчика. О различиях длины волны белого, жёлтого и синего света при контроле торцов волокна см. отдельное руководство в списке ниже.

Реальный результат при жёлтом коаксиальном свете показан ниже (вырезка из снимка экрана на месте): в одном поле зрения одновременно видны три зоны торца. Центральный торец в фокусе, контур его двух белых зон контроля полный и чёткий — изображение пригодно для оценки оператором напрямую.

Один этот кадр подтверждает две вещи: суммарное увеличение около 12,4X выводит торец в удобный для наблюдения масштаб, а при жёлтом коаксиальном свете контраст между белыми зонами и основой торца удовлетворяет требованию оценки заказчика.

6. Применимые выводы по подбору

Пять уроков этой поставки, которые можно использовать повторно:

• Сначала примените коэффициент 0,55. От зума к объективу APO через переходное кольцо: суммарное увеличение = зум × объектив × 0,55. Никогда не выводите поле зрения из цифры 22,5X, где коэффициент пропущен.
• Начинайте с 3D-модели. Выполняйте проверку на пересечения по STEP и 2D-чертежу до закупки; общая длина 271,18 мм, зажим Φ40,64 и боковой порт Φ25 сначала попадают в компоновку линии.
• Зажимайте по Φ40,64. Зажимная плоскость на 134,50 мм от C-Mount — механическая база этого оптического тракта.
• Коаксиальная подсветка через боковой порт. Для контроля торцов предпочитайте встроенный светоделитель и ввод источника через боковой порт Φ25 — это не тратит рабочее расстояние.
• Проверяйте увеличение и освещение вместе, по реальному изображению. Критерий приёмки в этом случае был конкретным: должен быть виден полный контур белых зон контроля.

Часто задаваемые вопросы

Как рассчитать суммарное увеличение при переходе с зум-объектива на объектив APO?

По техническому пересчёту: суммарное увеличение = увеличение зума × увеличение объектива APO × 0,55, где 0,55 — обязательный коэффициент при прямом переходе зум-объектива на объектив APO через переходное кольцо APO. В нашем случае 4,5 × 5 × 0,55 ≈ 12,4X (расчётно). Пропуск коэффициента искажает весь расчёт поля зрения и согласования пикселей.

Каково рабочее расстояние этой конфигурации?

Измерено на месте: около 65 мм от передней части объектива APO до поверхности детали — достаточно для оснастки и манипуляций, плюс ход фокусировки. Если ваша оснастка выше или ниже, рабочее расстояние можно подобрать на этапе выбора, взяв объектив APO с другим увеличением/рабочим расстоянием.

Почему для контроля торцов волокна выбран жёлтый свет?

В этом случае жёлтый свет задан техпроцессом заказчика. В сочетании со встроенным коаксиальным светоделителем зум-объектива контур белых зон на торце получился полным и чётким, что соответствует требованию оценки. О различиях белого, жёлтого и синего света см. нашу статью «Контроль торцов волокна: сравнение белого, жёлтого и синего света».

Как подтвердить монтажное пространство до закупки?

Вместе с предложением мы поставляем STEP-модель и 2D-чертёж с размерами. Ключевые размеры этого случая: общая длина 271,18 мм, C-Mount Φ25,40, зажим Φ40,64 (на 134,50 мм от C-Mount), передняя часть Φ32, боковой порт света Φ25. По 3D-модели можно выполнить проверку на пересечения в компоновке линии.

Сколько торцов помещается в одно поле зрения?

В поставленной конфигурации в одном поле одновременно видны три зоны торца, центральная — в фокусе. Фактическое число зависит от шага между торцами и размера сенсора — рекомендуем проверку на образце с вашим реальным шагом.

Что это за объектив 63106?

63106 (PMS-LZ-63106D6) — ручной зум-объектив 0,7–4,5X для сенсоров 2/3″, со встроенным коаксиальным трактом подсветки и боковым портом. Подходит для увеличенного контроля малых отражающих целей: торцов, сколов, царапин.

Смотрите также

• Контроль торцов волокна: сравнение белого, жёлтого и синего света
• Виньетирование промышленных объективов: 3 причины и решения
• Формулы поля зрения, рабочего расстояния и увеличения телецентрических объективов
• Микроскоп 400X и промышленный зум-объектив: пересчёт увеличений
• Коаксиальная подсветка для отражающего металла: 3 типа поверхности, 7 шагов

POMEAS может подобрать оптику, освещение и оснастку по вашему образцу и реальной задаче контроля. Отправьте запрос через страницу контактов, указав изображения образца, диапазон размеров и требуемую точность.