Flexibilis zoomoptikák – képfeldolgozó szenzorok mindenféle alkalmazáshoz

A zoomoptikával ellátott képfeldolgozó szenzorok különböző nagyításokra képesek, így növelik a koordináta mérőgép felhasználási lehetőségeit. A nagyítással együtt azonban a zoomoptikák más paraméterei is változnak. Ezt feltétlenül figyelembe kell venni zoomos optikai szenzorok használatakor.

Széles körű használhatóságuknak köszönhetően a képfeldolgozó szenzorral és zoomoptikákkal szerelt koordináta mérőgépek rendkívül elterjedtek. A kis nagyítás mellett rendelkezésre álló nagy látómező a munkadarab bázisának beállítására használható. Egy mérőprogram keretében így például megbízhatóan „megtalálhatjuk” a pontatlanul elhelyezett munkadarabot. A munkadarab tájolásának meghatározása sem jelent problémát, és a későbbi mérések is pontosan elvégezhetők még kisebb látómezőt biztosító nagyobb nagyításoknál is. A teljes terjedelemmel a látómezőbe eső egyedi jellemzőket megfelelő pontossággal mérhetjük a gép tengelyeinek elmozdítása nélkül. Az ilyen „in the image” típusú mérés előnye a nagy mérési sebesség. Hátrányaként a viszonylag nagy mérési bizonytalanságot említhetjük, amely a pixelméret (effektív pixelméret) miatti korlátozott felbontásra vezethető vissza.

Werth_6-Aufmacherbild_cikk

A pontosabb méréshez nagyobb nagyítás és ezzel együtt kisebb látómező választandó, ahol az egyes jellemzők esetleg csak részben láthatók. Ilyenkor a jellemző komplett leméréséhez mozgatni kell a munkadarabot a szenzorhoz képest egy „on the image” elvű mérés keretében. A nagyobb nagyítás előnye a kisebb mérési bizonytalanság, amit nagyban meghatároz az effektív pixelméret. Ahogy nő a nagyítás, egyre több pixel jeleníti meg a munkadarab felszínének kisebb és kisebb területeit.

Kisebb nagyítás tehát leginkább a kívánt mérési pontba álláshoz használatos, mivel a nagy látómező jobb áttekintést ad a munkadarab egészéről. A hatékonyság és a mérési eljárás képességeinek optimalizálásához olyan, megfelelő értékű nagyítás választandó, amelynél a mérési bizonytalanság megközelítőleg tizede a jellemző tűrésének.

Zoomértékek, telecentrikusság és képalkotási hibák

A zoomlencsék több lencsecsoportból épülnek fel, amelyek közül néhány mozgatható. A lencsecsoportok egymáshoz képesti pozíciója határozza meg a nagyítást. Hagyományos zoomlencséknél a lencsecsoportok spirális hornyokban mozognak a tubusban.

A súrlódás (akadozó csúszás, holtjáték és hiszterézis) miatt a lencsecsoportok pozicionálása és így a nagyítás beállítása csak korlátozottan ismételhető. A pontos méréshez időigényes újrakalibrálást kell végezni a zoomérték minden egyes megváltoztatása után.

A nagyítás gyakori változtatása ezért kerülendő, és az egyes jellemzőket mindig egyforma zoomértékkel kell mérni. Modern zoomoptika használata esetén, ahol a lencsecsoportokat motoros lineáris vezetékek mozgatják, ezek a hatások a mechanika nagy pontosságának köszönhetően elhanyagolhatók (1. ábra).

1. ábra Zoom a lencse tubusában kialakított spirális horonnyal (balra), Werth Zoom motoros lineáris vezetékekkel és változtatható munkatávolsággal (jobb)

1. ábra Zoom a lencse tubusában kialakított spirális horonnyal (balra), Werth Zoom motoros lineáris vezetékekkel és változtatható munkatávolsággal (jobb)

Azoknál a lencséknél, amelyek nem elég telecentrikusak, már kis fókuszálatlanság hatására is megváltozik a munkadarab mérete, ami növeli a mérési bizonytalanságot. Emiatt a helyes fókuszt minden egyes mérés előtt meg kell határozni autofókusz méréssel, majd a szenzort ennek megfelelően újra kell pozicionálni. Telecentrikus lencséknél viszont az optikai sugárpályában elhelyezett membrán gondoskodik arról, hogy a kép mérete közel állandó maradjon a telecentrikus tartományban. A megoldásnak köszönhetően a mérési eltérések elhanyagolhatók, így a mérési időt nem autofókusz mérésekre kell pazarolni.

Képalkotási hibák minden optikai rendszernél előfordulnak. Zoomoptikáknál különösen az X és Y irányú torzítás, illetve a képmező Z irányú görbülése jelent problémát. Emiatt integrált torzításkorrekcióval ellátott optikák használata javasolt. Ezen funkció alapja egy, a koordináta mérőgép szoftverében található hibaadatbázis.

Mivel a látómező közepétől a széle felé haladva nő a torzítás, a mérőablakot minél közelebb érdemes elhelyezni a kép középpontjához, így csökkentve ezeket a hatásokat.

Munkatávolság és megvilágítás

Motoros lineáris vezetékekkel ellátott zoomlencsék használatával bármilyen zoomérték (nagyítás) kalibrálható, mivel a lencsecsoportok egymástól függetlenül mozgathatók. Ennek köszönhetően a nagyítás mellett a munkatávolság is lehet változtatni. Mindegyik zoomrendszer egy adott munkatávolságra van optimalizálva. Itt végezhetők a mérések a legnagyobb pontossággal. Egy nagyobb, ám némileg kisebb pontosságú munkatávolság azonban olyan, nagy átmérőjű kerek munkadarabok, illetve mély furatok érintésmentes vizsgálatát is lehetővé teszi, amely ütközés miatt másként nem volna lehetséges (1. ábra).

A megvilágításra is többféle lehetőség kínálkozik. Konstans nagyítású standard lencséknél alsó megvilágítás és világos mezős (pontszerű) felső megvilágítás használható. Rendkívül praktikus a sötét mezős (szórt) felső megvilágítás, pl. a szabadalmaztatott MultiRing, amely több, egymástól függetlenül kapcsolható LED-et tartalmaz.

2. ábra Állítható szögű sötét mezős beeső fény: Állandó munkatávolság kis szögtartománnyal (balra) vagy rövid munkatávolság közepes szögtartománnyal (közép) és MultiRing változtatható munkatávolsággal és nagy szögtartománnyal (jobb)

2. ábra Állítható szögű sötét mezős beeső fény: Állandó munkatávolság kis szögtartománnyal (balra) vagy rövid munkatávolság közepes szögtartománnyal (közép) és MultiRing változtatható munkatávolsággal és nagy szögtartománnyal (jobb)

Az egyes gyűrűk független működésű diódás gyűrűszegmensekből épülnek fel, amelyek lehetővé teszik a különböző irányú megvilágítást, és ezzel a fény beesési szögének állítását. Állandó munkatávolságú zoomoptikák esetén azonban csak kis szögek valósíthatók meg (2. ábra, bal oldal). A szögtartomány mindig a munkatávolság rovására növelhető, azaz nagy szögtartomány állandó és igen rövid munkatávolságoknál adódik (2. ábra, középen). Ilyenkor viszont a zoomolás mértékétől függetlenül csak sík tárgyak mérhetők.

Ha a zoomoptika munkatávolsága változtatható, a sötét mezős (szórt) felső megvilágítás optikai tengelyhez képesti beesési szögét széles tartományban lehet állítani (2. ábra, jobb oldal). Bizonyos mérésekhez a kis beesési szög és a rövid munkatávolság az előnyös. A kis beesési szög a kontrasztot és a vetett árnyékot egyaránt növelheti. Különösen a kis magassági eltérésű élek esetén növelhető jelentősen az éldetektálás megbízhatósága.

A legnagyobb flexibilitás állítható munkatávolságú CNC és MultiRing kombinációjával érhető el, mivel így a megvilágítás és a munkatávolság is az adott mérési feladathoz igazítható.

További információ:

A Werth Magyarország Kft. hivatalos honlapján