双远心镜头及其检测应用

双远心镜头特殊的光学设计，能使相机接收平行光，解决视差带来的检测精度问题；还能避免杂散光，保证图像轮廓清晰。传统工业镜头在机器视觉系统和科研中有十分重要的作用，主要应用于各种零件、玻璃制品、电子元件等产品的测量，不但应用范围广，且应用量大。随着技术的发展，面对越来越多样化的被测物体和检测项目，人们对测量精度的要求不断提高，双远心镜头的使用越来越广。双远心镜头普通FA镜头成像存在近大远小的特性，会使检测的精确性大打折扣。为了纠正普通FA镜头的视差影响，远心镜头应运而生。图1：光虎光学德国设计的高精度双远心镜头。光虎光学的双远心镜头得益于特殊的光学设计，能够使得光线在进出光学系统时与光轴平行；由于平行光的入射，使得双远心镜头拍摄下的物体表面成像倍率恒定，彻底解决视差带来的精密检测问题；同样避免杂散光入射，使得被测物边缘锐度增加，保证拍摄图像轮廓的清晰度，有利于后期图像处理。为了使测量更加精确，光虎光学对双远心镜头有着严格的性能要求，其畸变和远心度保持在0.05以内，形变量小，边缘视场部分成像清晰，测量精度高，且成像均匀度良好，边缘图像清晰、锐利，没有阴影存在，被检测物体的周围噪点较少。双远心镜头的应用机器视觉系统在各行各业的精密测量、缺陷检测、识别定位等方面发挥着重要作用，而双远心镜头在机器视觉系统中堪称重中之重，尤其是在一些检测需求旺盛的应用领域。（1）半导体芯片检测

在半导体芯片制造领域，双远心镜头用于图像测量和检测等关键工序。在半导体芯片的制造过程中，双远心镜头通过其高精度、高稳定性的成像系统，来确保产品的质量和可靠性。在测量半导体芯片引脚间距的案例中，测量精度要求达到0.01mm，并且需要检测芯片的引脚是否缺损以及表面是否存在划痕。芯片检测一般所需要的视野较小，且精度要求较高，普通FA镜头无法达到较高的精度。光虎光学的TTL18.5-45-70C双远心镜头，能够轻松满足0.01mm的测量精度要求。芯片在检测时通过传送带传送，在传送过程中会产生微小抖动，需要确保在抖动过程也能实时检测，这就需要镜头具备大景深，在抖动过程中依然可以同时看到不同高度的清晰图像，提高测量效率。由于双远心镜头接收平行光，这一特性使得图像对比度明显，更有利于软件检测。

图2：半导体芯片（左）及使用TTL18.5-45-70C双远心镜头拍摄的检测图（右）。

（2）汽车零部件检测在汽车零部件的制造中，会涉及很多精确的光学检测和测量应用。双远心镜头可以帮助操作人员在不同工作距离上，同时获得清晰的视觉图像，从而在不同距离上实现高精度光学测量，提高装配和质检的效率与准确性。在某案例中，需要测量汽车零部件的尺寸长度和颜色，测量精度要求0.05mm。在实时检测过程中，普通FA镜头的测量数据波动过大，导致汽车零部件检测不准。使用光虎视觉的TTL18.5-105-160C双远心镜头后，能明显提高图像对比度，而且所测数据准确稳定，使项目得以更好地推进。图3：汽车零部件（左）及使用TTL18.5-105-160C双远心镜头拍摄的检测图（右）。（3）精密金属零件测量过去，测量细小精密金属零件，大多数是通过肉眼搭配简易的测量工具来完成。然而，测量过程常常因为人眼的疲乏而造成误差，测量效率也随之变差。近年来，机器视觉在金属零件测量领域的应用日渐成熟，以往需要人工手动测量微小金属零件的任务，借助机器视觉系统，不但能明显提升测量效率，还能显著提升测量精度。在需要测量金属零件内径和外径的案例中，测量精度要求0.05mm，并需要检测零部件内外圆的同心度是否达到要求。检测精密金属零件所要求的精度较高，普通FA镜头无法达到要求；而且由于金属零件具有反光性，导致在软件看到图像信息中，零件边缘处像素有亮暗过渡，轮廓特征不明显，使得软件识别不免出现误差。使用TTL18.5-105-160C双远心镜头，不但能轻松满足0.05mm的测量精度要求，而且由于双远心镜头接收平行光，使图像对比度明显，视野范围内测量结果稳定，边缘图像清晰、锐利，没有阴影存在，周围噪点较少，更有利于软件进行图像处理。另外，此次测量的金属零件外径尺寸上下具有明显的高度差，需要镜头景深大，TTL18.5-105-160C双远心镜头可以将凸起的外径和凹陷的外径同时拍摄清晰，提高测量效率。图4：精密金属零件（左）及使用TTL18.5-105-160C双远心镜头拍摄的检测图（右）。（4）医疗行业应用在医疗行业，双远心镜头为医疗设备、医学诊断及研究提供了强大工具，帮助生产商确保产品质量和性能，能够在非接触条件下，精准测量医疗设备和产品，同时提高设备和产品的安全性和可靠性，进而提升生产效率和产品质量。在检测注射针孔通畅性的案例中，针头的外径只有0.7mm，内径更小。即使可以使用机械手段检测，也会因为有表面接触容易造成二次划伤。视觉检测作为非接触手段，在精度、避免磨损及提高效率方面，都具有无与伦比的优势。如果采用普通FA镜头检测，因为视场角的存在，只能在视野中间能勉强看到通光效果，且精度相当差，不同的摆放位置会造成视差问题，大大降低检测精准度。使用光虎光学的TTL06-45-70C-D双远心镜头检测，因为在视场范围内镜头都是接收平平行光，不同的摆放位置不会影响缺陷检测，且图像对比度明显，在软件图像中可以看到：在视野内分布五个针头，有一只针孔被堵住没有通光，在非接触的情况下，所有缺陷都能一目了然。图5：医疗注射针（左）及使用TTL06.5-45-70C-D双远心镜头拍摄的检测图（右）。（5）透明玻璃镜片检测透明玻璃的材质易受外界环境光线干扰，容易出现遮挡或泛白的情况。在某个光学透镜的检测案例中，需要检测透镜的外径尺寸和透镜表面的瑕疵，如划痕、白点等。使用普通FA镜头观察镜片，对焦到镜片表面后，镜头成像有些模糊，虽然隐约能看到划痕但对比度低，很难被识别。光虎的双远心镜头基于特殊的光学设计，不但分辨率高，还有着极低的远心度和畸变，因而检测精度很高。双远心镜头使相机接收的光都是平行光，减少杂散光的影响，更能凸显玻璃表面的特征，更容易清晰准确地识别细小瑕疵，提高生产效率和产品质量。使用TTL11.5-45-70C双远心镜头进行检测，能观察到镜片上明显的划痕，成像更加清晰。图6：光学透镜