Модернизация объектива AOI обычно самый дешёвый способ купить детализацию на машине, которая уже есть, — при условии, что оптическая арифметика закончена до того, как кто-либо начнёт считать стоимость объектива. Эта статья разбирает реальный запрос: европейский производитель электроники с постом AOI для PCBA и телецентрическим объективом 0,25X спрашивает, можно ли уменьшить поле с 17,3 × 17,3 мм до 12 × 12 мм или 8 × 8 мм, сохранив существующие камеру и многоцветную подсветку.
Сразу обозначим статус документа: это проектное предложение, выведенное из запроса заказчика, а не кейс внедрения и не проверенный результат. Ни один объектив POMEAS не устанавливался на эту машину, никаких измерений на ней не проводилось. Каждое число ниже либо считано с оборудования заказчика, либо взято из карточки продукта POMEAS, либо помечено как расчётное с приведённой формулой. Всё неизвестное остаётся неизвестным и вынесено в список для подтверждения.
Набор ограничений узкий, и именно поэтому задача интересна. Заказчику не нужна новая машина AOI. Нужно сохранить камеру, многоцветную кольцевую подсветку, колонну оси Z и интерфейс конвейера, а заменить только оптику, чтобы программа контроля видела меньшую площадь с большей детализацией на миллиметр.
Вот все аппаратные факты, которые читаются на фотографиях заказчика, и только они:
В запросе указаны две цели: 12 × 12 мм или 8 × 8 мм. Обе квадратные, и текущее поле 17,3 мм заказчик тоже описывает как квадратное. Это допущение о квадрате понадобится дальше: матрица 4:3 или 16:9 не может дать квадратное поле без обрезки пикселей или без асимметричного круга изображения.

Рис. 1 — Существующая оптическая голова AOI заказчика. Серийный номер и бирка кабеля замаскированы; подписи добавлены, оборудование не изменялось.
Всё дальнейшее зависит от одной неизмеренной величины. Следующий раздел извлекает её из того, что уже известно, вместо того чтобы исходить из желаемого.
Почти все онлайн-подборщики объективов идут в одном направлении: вводится ширина матрицы, делится на увеличение, получается поле. Здесь это направление бесполезно, потому что ширина матрицы — как раз та величина, которой нет. Значит, считаем наоборот.
Связь выражается как FOV = W / M, где W — ширина участка матрицы, реально используемого программой, а M — увеличение объектива. Отсюда:
W = FOV × M = 17,3 мм × 0,25 = 4,325 мм (расчётное)
Эти 4,325 мм — самое полезное число, полученное к этому моменту, и одновременно самое простое для неверного прочтения. Это эффективная ширина изображения, та полоса матрицы, которую реально использует программа AOI, а не ширина формата матрицы. Различие не педантизм: 4,325 мм меньше 4,8 мм короткой стороны матрицы 1/3″, поэтому возможны как минимум два совершенно разных объяснения:
Эти объяснения ведут к совершенно разным спецификациям объектива, поэтому вопрос должен быть закрыт по документации камеры заказчика до выбора объектива. До тех пор W = 4,325 мм остаётся рабочим значением с пометкой «допущение», и дальнейшее изложение его сохраняет.
Если вы предпочитаете посчитать прямо для другой матрицы, калькулятор поля зрения и размера пикселя на сайте покрывает стандартные случаи; здесь эта арифметика не повторяется, потому что интересно обратное направление.
Зафиксировав W = 4,325 мм, найдём увеличение для каждой целевой зоны. Это и есть полный ответ на вопрос «какое увеличение нужно для поля 12 мм»:
| Целевое поле | Требуемое увеличение M = W / FOV | Отношение увеличений к текущему объективу 0,25X |
|---|---|---|
| 17,3 × 17,3 мм (сейчас) | 0,250X (по гравировке) | 1,000× (база) |
| 12 × 12 мм | 0,360X (расчётное) 4,325 / 12 = 0,360 | 17,3 / 12 = 1,442× (расчётное) |
| 8 × 8 мм | 0,541X (расчётное) 4,325 / 8 = 0,541 | 17,3 / 8 = 2,163× (расчётное) |
Два правых столбца нужно читать как две разные вещи, и именно здесь ошибается большинство опубликованных советов по модернизации. 0,360X и 0,541X — абсолютные увеличения, то число, которое ищут в спецификации. 1,442× и 2,163× — отношения: они говорят, что новый объектив должен увеличивать в 1,442 или 2,163 раза сильнее текущего 0,25X. Отношение 1,442× не является объективом, который можно заказать, и фраза «нужен объектив 1,4X» — фактическая ошибка, которую инженер-оптик заметит сразу.

Рис. 2 — Три поля в едином масштабе на одном участке платы. Квадраты показывают покрытие, а не качество изображения.
Прежде чем тратить деньги, надо честно закрыть бесплатный вариант. Практически любая программа AOI позволяет оператору уменьшить область интереса, и первый рефлекс — решить, что меньшая рамка означает более близкий взгляд. Это не так.
Значение имеет выборка на объекте: физический размер на плате, который представляет один пиксель. Она вычисляется как
выборка на объекте = FOV / число эффективных пикселей на этом поле
Обрезка области интереса уменьшает поле зрения и уменьшает число пикселей ровно в той же пропорции. Частное не меняется. Вы взяли меньшее окно того же изображения, а не более резкое. Цифровой зум работает так же: он лишь пересчитывает уже существующие пиксели.
Есть ровно два пути к реально большей детализации:
Заказчик выбрал первый путь, попросив сохранить камеру. Это законный выбор, и в относительных величинах он измерим: при поле 12 мм плотность пикселей на миллиметр платы становится в 1,442 раза выше текущей, при 8 мм — в 2,163 раза (расчётное). Здесь приводятся только относительные значения, и это сознательно: число пикселей камеры неизвестно, поэтому любое значение в микрометрах на пиксель было бы выдумкой. Как только заказчик сообщит разрешение матрицы, абсолютное значение получается по формуле выше за один шаг.
Стоит заранее сказать ещё об одном: более плотная выборка помогает только тогда, когда модуляционная передача нового объектива на этой частоте достаточна. Объектив, перекрывающий разрешение матрицы, — это расточительство; матрица, перекрывающая объектив, даёт мягкие пиксели при любом уменьшении поля.
Фиксированный телецентрик — консервативный ответ. Механически он прост, в нём нет подвижных частей, требующих повторной калибровки, и он сохраняет то свойство, из-за которого выбор текущего объектива был разумным: увеличение не меняется при перемещении изделия в пределах глубины резкости, поэтому размерные измерения остаются честными на плате с компонентами разной высоты.
Три фокусных расстояния из каталога обрамляют требование, и их реальные данные показывают форму задачи:
| Модель | Увеличение | FOV при принятом W = 4,325 мм | Рабочее расстояние | Глубина резкости | Матрица, макс. | Разрешение |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PMS-LTCM03-110 | 0,3X | 14,4 мм (расчётное) | 110 мм | 4,4 мм | 2/3″ | 11,18 мкм |
| PMS-LTC05-40 | 0,5X | 8,65 мм (расчётное) | 40 мм | 1,6 мм | 1/2″ | 6,7 мкм |
| PMS-LTC1-85 | 1,0X | 4,3 мм (расчётное) | 85 мм | 1,00 мм | 2/3″ | 8,39 мкм |
Обратите внимание, чего в каталоге нет. Для цели 8 мм нужно 0,541X, и 0,5X попадает менее чем в миллиметр от неё — достаточно близко, чтобы принять или подстроить эффективной шириной в программе. Для цели 12 мм нужно 0,360X, и там пусто: 0,3X уходит на 14,4 мм, 0,5X даёт 8,65 мм. Этот разрыв — самый важный вывод анализа, и он появляется только тогда, когда W вычисляют, а не предполагают формат матрицы. Для 12 мм при эффективной ширине 4,325 мм честный ответ — нестандартное увеличение или схема с двумя объективами, и это должно идти в предложение как требующее подтверждения, а не как догадка.
Полный каталог, включая варианты с большим рабочим расстоянием и высоким разрешением, приведён на странице линейки телецентрических объективов. Обратите внимание и на столбец разрешения: это собственный предел объектива, и он связан с вопросом выборки из предыдущего раздела. Уменьшать поле, не проверив это число, — типичный способ получить больше пикселей и столько же информации.
Альтернатива — моторизованный вариообъектив, который заменяет фиксированные 0,25X диапазоном и позволяет машине выбирать поле на каждом шаге контроля, а не при каждой конфигурации оборудования. Моторизованный вариообъектив PMS-LZ-650104 0,7X–4,5X обеспечивает диапазон 6,5:1 при рабочем расстоянии 82 ± 2 мм на круге изображения 2/3″, с разрешением 3,95 мкм и дисторсией 0,001 %. Вариообъектив 12,5:1 для автоматизированного контроля расширяет диапазон до 0,58X–7,5X при 77,4 ± 2 мм. Третий вариант — вариообъектив 4K для матриц 1 дюйм, 0,68X–5,0X при 80 мм.
Два следствия этого выбора часто недооценивают на этапе расчёта стоимости.
Первое: зум меняет не только увеличение, но и связь между увеличением и положением. С фиксированным объективом фокусируются один раз. У моторизованного зума положение увеличения и положение фокуса связаны, поэтому каждая ступень увеличения требует собственной калибровки фокуса, и эту калибровку нужно повторять при любом изменении рабочего расстояния. Инженерные детали того, как управлять этим без остановки линии, изложены в статье о смене увеличения при контроле AOI; здесь они не повторяются.
Второе: моторизованный зум — это электромеханическая подсистема, а не кусок стекла. В LZ-650104 применён двигатель постоянного тока с обратной связью по замкнутому контуру и 9-контактный интерфейс RS-232 (опционально RS-232 или USB). Это означает питание, канал связи с программой AOI или ПЛК и обратное чтение увеличения, которому может доверять рецепт контроля. Если программа не может прочитать активное увеличение, все результаты измерений теряют прослеживаемость. Это задача интеграции программного обеспечения со своим сроком, а не покупка аксессуара.
Полная линейка, включая ручные и моторизованные исполнения, приведена на странице линейки вариообъективов.
Оба пути технически обоснованы. Разделяет их не абстрактное качество оптики, а то, какую часть существующей машины придётся переделать. Сравнение ограничено этой установкой, этими тремя полями и принятой эффективной шириной.
| Параметр | Путь A — фиксированный телецентрик | Путь B — моторизованный зум |
|---|---|---|
| Реализуемое увеличение | Одно фиксированное значение на объектив (0,3X / 0,5X / 1,0X) | Непрерывный диапазон (0,7X–4,5X, 0,58X–7,5X или 0,68X–5,0X) |
| Достигает 12 мм (0,360X) | Стандартной ступени нет; нужен заказ или два объектива | Да, если диапазон начинается достаточно низко для принятого W |
| Достигает 8 мм (0,541X) | Да, 0,5X даёт 8,65 мм | Да, в пределах диапазона |
| Сохраняет широкий обзор 17,3 мм | Нет; фиксированный объектив остаётся или меняется | Только если широкий край доходит до 17,3 мм, что зависит от W |
| Рабочее расстояние | 40 мм / 85 мм / 110 мм | 77,4–82 мм |
| Тенденция глубины резкости | 4,4 мм при 0,3X, 1,6 мм при 0,5X, 1,00 мм при 1,0X | Уменьшается с ростом увеличения внутри диапазона |
| Объём механических работ | Новая оправа, переустановка, ход оси Z, новый кронштейн подсветки | То же плюс прокладка кабелей и место под драйвер |
| Программное обеспечение и связь | Ничего, кроме повторной калибровки | Канал RS-232/USB, интеграция с ПЛК или рецептом, обратное чтение увеличения |
| Затраты на калибровку | Одна калибровка на объектив | Одна на каждую ступень, повтор после любого механического изменения |
Универсального победителя здесь нет, и любой поставщик, утверждающий обратное, продаёт изделие, а не решение. Если задача контроля — один проход при одном увеличении, фиксированный объектив проще, дешевле и легче валидируется. Если номенклатура широка и часть изделий требует только грубого обзора, а часть — детального разбора, переменный диапазон окупается. Решение принадлежит задаче контроля, а не каталогу объективов.

Рис. 3 — Два пути и их общие предварительные условия. Только сравнение архитектур; ни один не установлен.
Этот раздел экономит деньги. Кратность 12,5:1 звучит заметно лучше, чем 6,5:1, и в смысле диапазона так и есть. Но диапазон — не покрытие, и покрытие конкретного поля определяется эффективной шириной изображения W, которая никак не связана с тем, насколько широко может менять увеличение объектив.
Пропустите три правдоподобных значения W через одну и ту же арифметику:
| Принятая эффективная ширина W | Увеличение для 12 мм / 8 мм | Что реально покрывает цель |
|---|---|---|
| 4,325 мм (расчёт из текущего объектива) | 0,360X / 0,541X | 8 мм: телецентрик 0,5X даёт 8,65 мм, либо макро-зум 0,5X–1,0X, настроенный на 0,54X. 12 мм: стандартной ступени нет; 0,3X даёт 14,4 мм, 0,5X даёт 8,65 мм. Только заказ или два объектива. |
| 8,8 мм (если используется весь кадр 2/3″) | 0,733X / 1,100X | Зум 0,58X–7,5X покрывает обе цели: 15,2 мм при 0,58X и 8,0 мм при 1,1X. Но для 17,3 мм нужно 0,509X, ниже широкого края, поэтому широкий обзор теряется. |
| 12,8 мм (если используется весь кадр 1″) | 1,067X / 1,600X | Зум 0,68X–5,0X покрывает все три: 18,8 мм при 0,68X, 17,3 мм при 0,74X, 12,0 мм при 1,07X и 8,0 мм при 1,60X. |
Прочитайте среднюю строку внимательно, она контринтуитивна. У объектива 12,5:1 самая большая кратность, и его широкий край — 0,58X. При эффективной ширине 8,8 мм значение 0,58X даёт поле 15,2 мм, которое не может показать 17,3 мм, видимые сегодня. Объектив с большей кратностью, чем текущий фиксированный, всё равно не воспроизводит текущий широкий обзор. Кратность говорит, насколько увеличение может измениться, а не где диапазон начинается.
Сформулируем требование честно. Чтобы сохранить 17,3 мм и при этом достичь 12 мм и 8 мм на той же камере, одному объективу нужен диапазон примерно от 0,25X до 0,55X. В каталоге POMEAS ближайшие формы — телецентрический макро-зум 0,5X–1,0X с рабочим расстоянием 75–106 мм, который теряет широкий край, и зум 0,58X–7,5X, чей широкий край 7,46 мм при W = 4,325 мм очень далёк от 17,3 мм. Проверенной каталожной модели, покрывающей одновременно 17,3, 12 и 8 мм, не существует. Это честный ответ, и для заказчика он ценнее оптимистичного.
Есть технический путь сдвинуть весь диапазон вниз: вариообъектив вместе с уменьшающей насадкой или ТВ-адаптером между объективом и камерой. Направление стандартное для оптики, но конкретные ступени увеличения и совместимость круга изображения должны быть подтверждены инженерами POMEAS для реальных объектива и камеры, поэтому здесь это приводится как предварительное, а не как проверенная конфигурация.

Рис. 4 — Представительные конфигурации POMEAS для двух путей. Официальные фотографии продукции; ничего из показанного не установлено на машине заказчика.
Оптическая арифметика — лёгкая половина. Половина, определяющая успех проекта, — это то, что происходит с машиной вокруг объектива, и начинается она с рабочего расстояния.
Рабочее расстояние резко сокращается. Текущий объектив стоит на 150 мм. Кандидаты — на 40 мм (телецентрик 0,5X), 85 мм (1,0X), 110 мм (0,3X), 77,4 ± 2 мм (зум 12,5X) и 82 ± 2 мм (зум 6,5X). Грубо говоря, узел «камера плюс объектив» должен опуститься на 40–110 мм. Это не регулировка прокладками: нужен остаточный ход оси Z, должны поместиться кожух или светозащита, а станина не должна встретить портал в нижней точке.
Кольцевую подсветку надо переделать, а не просто сдвинуть. Многоцветная кольцевая подсветка закреплена квадратным кронштейном под объективом, рассеиватель шестиугольный, и на 150 мм она даёт определённый диаметр пятна на плате. Если рабочее расстояние падает до 40–110 мм, меняются сразу две вещи: пятно уменьшается, а угол падения света на плату становится более скользящим. Практические следствия — потемнение периферии, блики от паяльной маски при скользящем падении и перекрёстные помехи между цветовыми каналами, которые раньше различались. Ничего этого нет в спецификации объектива, и всё это видно на первом изображении после установки.
Крепление нужно проверить по оправе. Корпус зума 6,5X имеет длину 119,9 мм при наружном диаметре 44 мм, телецентрические оправы ещё длиннее. Существующий зажим рассчитан на оправу 0,25X. Зажим более длинного и тяжёлого узла в том же кронштейне меняет момент на каретке Z — это вопрос вибрации и повторяемости, а не внешнего вида.
Глубина резкости становится главным риском. Текущий объектив закрывается до f/22, то есть у него есть запас по апертуре. У кандидатов хуже: 4,4 мм глубины резкости при 0,3X, 1,6 мм при 0,5X, 1,00 мм при 1,0X и всё меньше по мере ухода зума к длинному краю. На сборках PCBA есть разъёмы, экраны и электролитические конденсаторы, выступающие на несколько миллиметров над подложкой. При глубине резкости 1,00 мм плата, которая нормально фокусировалась при 0,25X, даст смесь резких и мягких зон, и оператор обвинит объектив, тогда как причина — карта высот. Прикрытие диафрагмы возвращает немного глубины ценой света и резкости, ограниченной дифракцией, а при большом увеличении это ровно неверный обмен.
Апертуру и подсветку надо настраивать вместе. Большее увеличение концентрирует тот же свет на меньшей площади, поэтому экспозиция обычно улучшается, а равномерность ухудшается. Планируйте этап повторной квалификации подсветки на реальных платах, а не на стенде с мишенью.
Список короткий, и каждый пункт сейчас неизвестен. Любой из них может изменить спецификацию объектива, поэтому ни один нельзя заполнять предположением — ни нам, ни закупочному отделу заказчика.
Если вы ещё выбираете машину, а не модернизируете её, руководство по выбору оптики для AOI плат рассматривает это решение в прямом направлении, отправляясь от размера дефекта, а не от установленного объектива.
Да, если круг изображения нового объектива покрывает участок матрицы, используемый программой, а посадка и рабочее расстояние совместимы. Ограничивающий фактор редко бывает в камере и почти всегда в механическом пространстве: у нового объектива будет меньшее рабочее расстояние, более длинная оправа и другой кронштейн подсветки. Подтвердите эффективную ширину изображения до заказа, потому что объектив, выбранный под неверную ширину, сильно промахнётся по целевому полю.
Это зависит от эффективной ширины изображения, а не только от поля. При эффективной ширине 4,325 мм, выведенной из объектива 0,25X и поля 17,3 мм этой машины, для поля 12 мм нужно 0,360X, а для поля 8 мм — 0,541X. В относительных величинах это 1,442 и 2,163 от текущего увеличения, то есть отношения, а не заказываемые значения объектива. Если камера использует больший участок матрицы, оба абсолютных значения растут пропорционально.
Нет. Обрезка уменьшает поле зрения и число пикселей на этом поле на один и тот же коэффициент, поэтому размер объекта, представляемый одним пикселем, не меняется. Вы получаете меньшее окно того же изображения. Большая детализация требует либо большего оптического увеличения, которое сохраняет число пикселей и уменьшает поле, либо камеры с меньшим пикселем, которая сохраняет поле и увеличивает число пикселей.
Потому что кратность зума описывает размах увеличения, а не его начало. Объектив 0,58X–7,5X имеет кратность 12,5:1, но при 0,58X на эффективной ширине 8,8 мм он даёт поле 15,2 мм, меньшее, чем 17,3 мм, видимые сегодня. Покрытие конкретного поля определяется эффективной шириной изображения и требуемым увеличением, а не отношением, напечатанным в спецификации.
Рабочее расстояние сокращается, типично с 150 мм до 40–110 мм у объектов-кандидатов, поэтому узел «камера плюс объектив» нужно опустить и перепроверить ход оси Z. Кольцевая подсветка оказывается ближе к плате: пятно уменьшается, угол падения становится более скользящим, возможны виньетирование или перекрёстные помехи между цветовыми каналами. И кронштейн подсветки, и рецепт освещения требуют повторной квалификации на реальных платах.
После всей арифметики остаются два вывода. Первый: оба пути работоспособны, а выбор между фиксированным телецентриком и моторизованным зумом принадлежит задаче контроля — однопроходный контроль при одном увеличении склоняет к фиксированному объективу, широкая номенклатура с грубым обзором и детальным разбором склоняет к переменному. Второй: ни один путь нельзя специфицировать до подтверждения эффективной ширины изображения, потому что это единственное число сдвигает требуемое увеличение и меняет набор подходящих каталожных моделей.
Компромисс, который стоит предлагать независимо от выбранного пути, — двухэтапный контроль: сначала найти плату и области интереса на широком поле, которое у машины уже есть, и переходить на узкое поле только там, где детализация действительно нужна. Тогда число изображений узкого поля, а значит и время цикла, пропорционально числу искомых дефектов, а не площади платы.

Рис. 5 — Предлагаемый двухэтапный процесс. Оптику меняет только третий шаг; размеры полей исходят из расчётной эффективной ширины 4,325 мм.
Пришлите документацию на камеру, маркировку текущего объектива и наименьший дефект, который нужно ловить, — и увеличение, рабочее расстояние и кронштейн подсветки можно будет определить по реальным числам вместо допущений. Свяжитесь с POMEAS, указав эти три пункта, и оптический путь сведётся к одной рекомендации.
Примечание об источниках: увеличение 0,25X, рабочее расстояние 150 мм и диапазон диафрагмы считаны с фотографий заказчика. Все спецификации POMEAS взяты из действующих карточек продукции. Эффективная ширина 4,325 мм, увеличения 0,360X и 0,541X, отношения 1,442× и 2,163× являются расчётными, и арифметика приведена в тексте. Модель камеры, формат матрицы, число пикселей, параметры источника света и размер наименьшего дефекта неизвестны и подлежат подтверждению. Никакое оборудование не устанавливалось и не испытывалось на машине заказчика.
Введите свой адрес электронной почты, чтобы получать свежие новости и эксклюзивные обновления от Pomeas. Оставайтесь на связи с Pomeas и будьте в курсе новейших оптических решений.