Зум-объектив с большим рабочим расстоянием 300 мм: вспомогательный объектив 0.25X при 297 мм

Как корпус зума 12.5X плюс вспомогательный объектив 0.25X дают около 300 мм отступа и образуют зум-объектив с большим рабочим расстоянием — и почему предел поля зрения задаёт сенсор.

Два вопроса решают, подходит ли конфигурация на 297 мм. Может ли машина подвести объектив к детали? Это клиренс, он измеряется в миллиметрах воздуха. Сможет ли оптика разрешить требуемое? Это дискретизация, и чем дальше назад, тем она труднее.

Когда 77–155 мм недостаточно: что даёт рабочее расстояние около 300 мм

Голый корпус 12.5X даёт 77.4 ± 2 мм. Объектив 0.5X выводит его на 155 мм. Когда ячейке нужен именно зум-объектив с большим рабочим расстоянием, объектив 0.25X возвращает тот же корпус на 297 мм — ближайшее каталожное значение к круглым 300 мм.

Этот отступ не даёт оптического преимущества. Он даёт возможность вообще получить изображение:

• Зазор, который уже существует. Защитное окно, смотровое стекло или брызгозащитный экран.
• Место для освещения. Кольцевой, линейный или коаксиальный свет, который не должен касаться ни одной из поверхностей.
• Движущийся материал. Полотно, рулон, каретка или рука робота, пересекающие поле.
• Тепло. Деталь ещё горячая на момент контроля, а объектив должен оставаться в стороне.
• Механические помехи. Захваты, второй инструмент, стенки оснастки, спроектированные до объектива.

Качества изображения в этом списке нет. Схема на 297 мм не резче схемы на 155 мм — это та же цепочка, отодвинутая назад, а счёт за это предъявляется ниже.

Конфигурация 297 мм: корпус 12.5X + вспомогательный объектив 0.25X

297 мм даёт одна комбинация: корпус PMS-LZL-12101 с вспомогательным объективом 0.25X (SKU 752025). Корпус задаёт увеличение, разрешение и совместимость с сенсором; объектив задаёт рабочее расстояние.

Опубликованные данные 12.5X: 0.58X–7.5X; рабочее расстояние 77.4 ± 2 мм без насадки; сенсор размером до 2/3 дюйма; разрешение 13 µm при 0.58X, улучшается до 3.05 µm начиная с 4.5X; числовая апертура 0.025–0.11; ТВ-дисторсия до 0.001%.

А теперь правило, которое застаёт людей врасплох. С установленным объективом рабочее расстояние жёстко зафиксировано на 297 мм. Зум меняет увеличение и поле. ТВ-тубус меняет увеличение и поле. Ни то, ни другое не сдвигает отступ. В цепочке A-класса объектив — единственная ручка рабочего расстояния.

Значения ниже рассчитаны как 0.58X–7.5X × 0.25X × коэффициент ТВ-тубуса, где горизонтальное поле зрения = ширина сенсора ÷ эффективное увеличение на 8.8 × 6.6 мм; 297 мм — опубликованное рабочее расстояние.

ТВ-тубус — это рычаг 4× по полю зрения при нулевых затратах на отступ: самая дешёвая регулировка в этой схеме и та, которую чаще всего выбирают последней. Предыстория: что меняет вспомогательный объектив и чего он не трогает.

Насколько широким может быть поле зрения при 297 мм

Самый широкий вариант — объектив 0.25X плюс ТВ-тубус 0.5X: при минимальном эффективном увеличении 0.0725X ширина сенсора 8.8 мм превращается в 121.4 мм, а высота — в 91.0 мм (рассчитано). При полном зуме набор сужается до 9.4 × 7.0 мм (рассчитано).

Эти 121.4 мм создаёт не отступ. Это три аппаратных ограничения — зум 0.58X, объектив 0.25X, ТВ-тубус 0.5X — применённые к сенсору 8.8 мм. Увеличьте отступ другой фронтальной оптикой, и предел не сдвинется, потому что расстояние в уравнение не входит: поле зрения = ширина сенсора ÷ эффективное увеличение.

Поэтому требование покрытия 200 мм на 300 мм здесь выполнить нельзя: арифметический предел — 121.4 мм (рассчитано). Правила, стоящие за этим пределом, разобраны в подробном разборе правила круга изображения.

Одно предупреждение по семейству: коэффициент 0.25X даёт 297 мм не на каждом корпусе — в таблице для 6.5X/K указано 240 мм. Значение 297 мм относится только к 12.5X, поэтому корпус и объектив указывайте вместе.

Цена 0.25X: разрешение, яркость и глубина резкости

Уменьшающий объектив — это компромисс, а не апгрейд.

Дискретизация. Объектив 0.25X делит эффективное увеличение на четыре, поэтому заданная деталь попадает на вчетверо меньшее число пикселей сенсора в каждом направлении. Опубликованное разрешение 12.5X масштабируется так же, поскольку оно задано со стороны объекта (рассчитано).

При минимальном зуме объектив 0.25X сдвигает предел дискретизации со стороны объекта с 13 µm до приблизительно 52 µm (рассчитано). Строки таблицы — это та же арифметика, применённая по уровням: опубликованное разрешение корпуса — 13 µm при 0.58X, 3.05 µm с 4.5X — делится на коэффициент объектива. Реальная видимость дефектов зависит также от освещения, контраста и дискретизации пикселей. Задачу, где нужны детали 20 µm с запасом, не стоит планировать на этом маршруте при минимальном зуме.

Яркость. Фронтальная оптика 0.25X собирает свет в более узком угле, чем голый передний торец, поэтому на единицу площади сенсора попадает меньше света, хотя поле стало шире. Заложите больше освещения, чем требовал голый корпус, и будьте готовы к более длинной выдержке в ущерб производительности. См. как яркость меняется с увеличением.

Глубина резкости. POMEAS не публикует глубину резкости для комбинаций с объективами, а значение для корпуса не переносится — для 12.5X оно вообще не публикуется по увеличениям. Подтвердите её для вашего конкретного набора: рабочее расстояние против глубины резкости, улучшение глубины резкости в реальной ячейке.

297 мм против 155 мм против 93 мм: выбор уровня

Три объектива, три отступа, один корпус. Уровень выбирайте по имеющемуся клиренсу, а не по желаемому полю — поле задаст ТВ-тубус позже. Поля рассчитаны при ТВ-тубусе 1X на 2/3 дюйма; рабочие расстояния опубликованы.

Две вещи, которые таблица скрывает. Шаг от 0.25X к 0.5X удваивает увеличение и вдвое сокращает поле в любом положении зума. И каждый уровень сохраняет один и тот же ход зума, поэтому диапазон только смещается и никогда не меняет форму.

Правило, которое экономит деньги: если ваш клиренс 160 мм, не покупайте 297 мм «на всякий случай». Больший отступ — не более безопасный объектив: он стоит дискретизации и яркости и покупает только воздух. Средний уровень разобран в конфигурациях с рабочим расстоянием 155 мм.

Диапазон увеличений, который сохраняется при 0.25X

Люди предполагают, что объектив 0.25X убивает диапазон зума. Это не так. Он сдвигает диапазон вниз в четыре раза и оставляет ход неизменным: 0.58X–7.5X становится 0.145X–1.875X — тот же интервал при четверти размера (рассчитано).

Это особенно важно на 300 мм, потому что зум остаётся доступным: начните с широкого поля, чтобы найти деталь, приблизьтесь, чтобы прочитать маркировку или проверить шов, и при этом не двигайте камеру.

Задайте диапазон ТВ-тубусом. Тубус 0.5X даёт 0.0725X–0.9375X и 121.4 → 9.4 мм для сканирования больших площадей. Тубус 1X даёт 0.145X–1.875X и 60.7 → 4.7 мм как вариант по умолчанию. Тубус 2X даёт 0.29X–3.75X и 30.3 → 2.3 мм, когда детали важнее площади (рассчитано, 2/3 дюйма). Целевое поле 30 мм сохраняет большой отступ только на маршруте 2X — сравнение в конфигурациях с полем зрения 30 мм.

Тубус 2X при этом не покупает разрешение: он увеличивает поле, дискретизация которого уже задана объективом.

Сенсор и круг изображения: почему камера 1 дюйм — неправильный апгрейд

Если 121.4 мм недостаточно широко, инстинкт подсказывает взять сенсор побольше: 1 дюйм — это 12.8 × 9.6 мм, около 176.6 мм поля при 0.0725X (рассчитано). Эти 176.6 мм поля собрать нельзя — корпус 12.5X принимает сенсоры только до 2/3 дюйма, а сенсор 1 дюйм даёт виньетирование.

Итак, предел поля зрения при 297 мм задаёт круг изображения — круг света, который объектив проецирует на сенсор, — а не расстояние.

Апгрейд камеры здесь делает картинку хуже. Сенсор 1 дюйм добавляет тёмные углы, а не поле, и именно в углах находится ваша деталь. Правила — в согласовании сенсора камеры и круга изображения, режим отказа — в виньетировании в углах при малом увеличении. Если покрытие 1 дюйм обязательно, ответ — корпус, построенный под него, и 297 мм выпадает из схемы — см. руководство по конфигурации.

Применения с большим рабочим расстоянием: что оправдывает 297 мм

297 мм — не значение по умолчанию. Эти типы процессов показывают, где причина сохраняется.

• Горячие или остывающие детали. Отливки, сварные валики, стекло и формованный металл, ещё горячие на контроле, где отступ удерживает оптику вне теплового шлейфа.
• Движущийся материал. Полотна, рулоны, полоса и лист, где объектив должен стоять вне траектории.
• Сборки под напряжением. Батарейные модули, шины и высоковольтные разъёмы, где отступ — ещё и требование безопасности.
• Готовая оснастка. Ячейки, спроектированные под 250–300 мм ещё до появления системы машинного зрения.
• Защитные окна и грязные зоны. Толщина окна съедает отступ; литейные, смазочно-охлаждающие и моечные линии съедают передние линзы.

Где это неверно: дефекты на предельных значениях из таблицы дискретизации и ячейки, которые действительно имеют глубину 150 мм. Конфигурация на 297 мм решает клиренс, а не разрешение. Для микронных деталей маршрут — набор с большим увеличением на объективах APO, разобранный в зум-объективах с металлографическими объективами APO.

Чек-лист перед заказом конфигурации на 297 мм

1. Измерьте реальный зазор. От переднего торца объектива до поверхности детали, в худшем случае цикла — а не номинальное значение из чертежа.
2. Вычтите то, что стоит в зазоре. Окно, плёнка, световод, сопло. Всё, что находится между объективом и деталью, — это уже израсходованный отступ.
3. Подтвердите сенсор. 2/3 дюйма — наибольший из работающих. Камера 1 дюйм даёт виньетирование, что бы ни обещала арифметика.
4. Честно проверьте дискретизацию. Сравните ваш наименьший дефект с пределами выше, затем решите, закроет ли это приближение зумом.
5. ТВ-тубус выбирайте последним. Подбирайте его под целевое поле, после того как уровень отступа зафиксирован.
6. Решите: ручной, моторизованный или на рельсе. На 297 мм объектив стоит далеко от оператора: сравните ручные и моторизованные зум-объективы и корпус LZLG-12104-A на рельсе.
7. Попросите POMEAS подтвердить глубину резкости для комбинации, SKU объектива и план освещения.

Следующий шаг: проверьте спецификацию зум-объектива LZL-12101 12.5X с непрерывным зумом, затем отправьте компании POMEAS ваш клиренс, формат сенсора и наименьший дефект.

Вопросы и ответы: большое рабочее расстояние

Какой объектив даёт рабочее расстояние около 300 мм?

Корпус 12.5X с непрерывным зумом и вспомогательный объектив 0.25X: опубликованное рабочее расстояние для такой комбинации — 297 мм, ближайшее каталожное значение к 300 мм. Ни один голый корпус зума сам по себе не достигает 300 мм.

Как получить большое поле зрения при большом рабочем расстоянии?

Сложите наименьший коэффициент объектива с наименьшим коэффициентом ТВ-тубуса. Объектив 0.25X плюс ТВ-тубус 0.5X дают минимальное эффективное увеличение 0.0725X и горизонтальное поле 121.4 мм на сенсоре 2/3 дюйма, рассчитанное из ширины сенсора 8.8 мм.

Что вспомогательный объектив 0.25X делает с увеличением и полем зрения?

Он делит эффективное увеличение на четыре в любом положении зума и вчетверо расширяет поле, фиксируя рабочее расстояние на 297 мм. Шаг дискретизации со стороны объекта тоже растёт вчетверо, поэтому та же деталь изображается грубее, чем на 155 мм.

Почему больший сенсор не даёт здесь более широкого поля зрения?

Потому что корпус 12.5X принимает сенсоры только до 2/3 дюйма. Для сенсора 1 дюйм расчёт дал бы около 176.6 мм поля при 0.0725X, но его углы выходят за круг изображения и виньетируются, поэтому эту дополнительную ширину использовать нельзя.

Правильный ли выбор 297 мм для горячих или движущихся целей?

Да, когда отступ — реальное ограничение. Горячие детали, движущиеся полотна, сборки под напряжением и ячейки с защитным окном — классические причины отойти на 297 мм. Если деталь небольшая и неподвижная, 155 мм обычно дают лучшую дискретизацию.

Что я теряю, выбирая маршрут 0.25X?

Дискретизацию со стороны объекта, яркость изображения и запас по полю зрения. При минимальном зуме предел со стороны объекта сдвигается с 13 µm до приблизительно 52 µm (рассчитано), а уменьшенная апертура требует больше освещения, чем нужно голому корпусу.

См. также: коаксиальный корпус зума LZL-12101