Телецентрический объектив против FA-объектива: четыре проверки до решения

Краткий ответ: разница между телецентрическим объективом и FA-объективом — не в качестве изображения, а в геометрии проекции. FA-объектив может давать более резкую картинку и при этом измерять неверно, потому что размер изображения меняется с высотой детали. Решение принимают по четырём численным проверкам: какую ошибку перспективы допускает размер, будет ли измеряться край поля, насколько меняется высота в производстве и сколько места есть в машине.

1. Ошибка перспективы против допуска

Боковое смещение кромки при разбросе высоты равно Δx = Δh × tan(θ), где θ — угол главного луча. У короткофокусного FA-объектива этот угол достигает 15–20° на краю поля. При Δh = 0,5 мм и θ = 20°: 0,5 × 0,364 ≈ 0,18 мм. У телецентрика с 0,02° то же смещение равно 0,5 × 0,00035 ≈ 0,00017 мм, то есть 0,17 мкм.

Проверка прямая: берут допуск размера, вычитают ошибку перспективы кандидата и смотрят, остаётся ли запас на остальные ошибки системы — детектор кромки, калибровку, освещение. Если запас отрицательный или меньше трети допуска, FA-объектив не подходит, как бы хороша ни была его MTF.

2. Измерение на краю поля

У FA-объектива увеличение не постоянно по полю: есть кривизна поля и изменение увеличения к углам. Если измерять только в центре, можно откалиброваться и жить с этим. Если деталь занимает всё поле и размеры берут на краях, калибровка центра на краю недействительна, а типичная ошибка составляет 0,1–0,5 % поля — то есть 40–200 мкм на 40 мм.

У телецентрика увеличение постоянно по конструкции, а заявленная дисторсия лежит в пределах 0,01–0,05 %. Проверка: измерить меру из двух сфер в центре и затем на краю; если расхождение превышает допуск, телецентрик необходим.

3. Повторяемость при изменении высоты

FA-объектив приходится перефокусировать при смене высоты, и каждая перефокусировка меняет масштаб. Телецентрику перефокусировка внутри глубины резкости не нужна, а если бы и была, масштаб не изменился бы. Проверка: измерить одну деталь на трёх высотах в пределах производственного разброса и сравнить рассеяние. Если оно больше требуемой повторяемости, FA вносит переменную, которую надо контролировать механически, — а стабилизация высоты часто стоит дороже разницы в цене объектива.

4. Габарит и стоимость

Телецентрик платит за геометрию объёмом: передняя линза должна быть больше поля, а рабочее расстояние нельзя произвольно сократить. В компактной машине, где камера стоит близко к детали, он может не поместиться. Стоимость также растёт с полем: свыше 100 мм поля телецентрик может стоить в несколько раз дороже FA с калибровкой по полю, и в этом диапазоне FA снова становится разумным выбором.

Правило решения

Если размер измеряется на детали с рельефом и допуск меньше 50 мкм — телецентрик. Если деталь занимает всё поле и измерения есть на краях — телецентрик. Если высота меняется больше требуемой повторяемости — телецентрик или механическая стабилизация. Если поле больше 100 мм или нужно только обнаружить наличие и положение — FA достаточно, а вложения лучше направить в освещение и калибровку.

Частые вопросы

Снижает ли длиннофокусный FA-объектив ошибку перспективы?

Да, потому что угол главного луча уменьшается с ростом рабочего расстояния. FA 75 мм на 500 мм имеет куда меньшие углы, чем 16 мм на 100 мм. Но он никогда не достигает 0,02°, а взамен теряет свет и прибавляет габарит.

Телецентрик всегда резче?

Нет. Резкость зависит от апертуры, качества групп и сенсора. Хороший FA часто даёт лучшую MTF в центре, чем недорогой телецентрик. Преимущество телецентрика геометрическое, а не по разрешению.

Можно ли исправить ошибку перспективы программно?

Только если известна точная высота каждой точки и построена модель проекции. На плоской, хорошо лежащей детали это калибруется; на детали с рельефом недостающей информации в изображении нет, и никакая коррекция её не восстановит.

Когда лучше стабилизировать деталь, а не менять объектив?

Когда разброс высоты велик и поле тоже: стоимость повторяемой оснастки может оказаться меньше, чем телецентрик с большим полем. Это экономическое, а не оптическое решение.

Нужен ли он для визуального контроля без измерений?

Обычно нет. Если детали не присваивается число, ошибка перспективы не имеет последствий, а FA даёт больше поля, больше света и меньше объёма за те же деньги.

Смотрите также

• Руководство по выбору телецентрических объективов
• Что такое телецентрический объектив
• Расчёт увеличения и поля
• Коаксиальное освещение