مفهوم فاصله کاری (working distance) در لنزهای صنعتی چیست؟

برای طراحی یک سیستم بینایی ماشین بایستی تجهیزات آن را به درستی انتخاب کنیم؛ برای انتخاب هر یک تجهیزات از قبیل دوربین ، لنز ، لایت و … بایستی موارد متعددی را تحلیل کنید. مثلا برای انتخاب یک دوربین بایستی رزولوشن ، نوع شاتر ، سرعت عکس بردای و… بررسی گردد. یکی از موارد مهمی که در انتخاب یک لنز بایستی مورد توجه قرار گیرد فاصله کاری لنز می باشد. در صورتی که این فاصله به درستی انتخاب نشود کیفیت تصویر مناسبی نخواهیم داشت.

فاصله کاری یا Working Distance در لنزهای صنعتی چیست؟

به فاصله میان لنز تا جسم اصطلاحا فاصله کاری یا Working Distance می گوییم. دقت کنید این فاصله از ابتدای لنز در نظر گرفته می شود. در تصویر زیر فرض بر این است که می خواهیم یک مستطیل با طول و عرض ، V و H را ببینیم فاصله کاری (working distance) بر حسب میلی متر روی شکل نمایش داده شده است.

حداقل فاصله کاری یک لنز صنعتی چقدر است؟

در لنزهای صنعتی یک پارامتری به نام حداقل فاصله ی کاری وجود دارد که نمی توانیم از آن بیشتر به جسم نزدیک شویم. برای انتخاب یک لنز صنعتی باید دقت کنیم تا فاصله ی کاری مورد نظر ما از “حداقل فاصله ی کاری ” بیشتر باشد.

شکل زیر یک لنز معمولی با فاصله ی کانونی 12mm ساخت شرکت باسلر را نمایش می دهد. در این لنز حداقل فاصله ی کاری با پارامتر Min Working Distance بیان شده است. مقدار حداقل فاصله ی کاری برابر با 100 میلی متر می باشد ، بنابراین از این لنز می توانیم در فاصله ای بیش از 100 میلی متر استفاده کنیم.

در شکل زیر یک لنز ساخت شرکت Evetar نمایش داده شده است. در اینجا نیز حداقل فاصله ی کاری برابر با 100 میلی متر می باشد.

نکته : در برخی لنزها حداکثر فاصله ی کاری با پارامتر Minimum Object Distance (MOD) بیان می گردد.

محدودیت فاصله کاری

در هنگام طراحی یک سیستم بینایی ماشین علاوه بر حداقل فاصله کاری باید به محدودیت فاصله کاری نیز توجه کرد. محدودیت فاصله کاری در واقع بیانگر حداکثر فاصله ای است که می توانیم تجهیزات را نصب نماییم؛ این فاصله برای انتخاب لنز مهم است. به بیان دیگر ما بایستی محدودیت های مکانیکی دستگاه را برای نصب تجهیزات در نظر بگیریم.
مثلا فرض کنید در یک خط تولید می خواهیم کیفیت چاپ روی محصولات را بررسی کنیم اما محدودیت های مکانیکی باعث می شود که نهایتا بتوانیم 300 میلی متر از جسم (فاصله لنز تا جسم) فاصله بگیریم ، در این حالت بایستی لنزی انتخاب کنیم که حداقل فاصله کاری آن از 300 میلی متر کمتر باشد.

مقدار بهینه فاصله کاری چقدر است؟

برخی مواقع به دلیل محدودیت فضا تمایل داریم فاصله کاری را کم کنیم کاهش فاصله ی کاری باعث می شود :

1- ساختار لنز پیچیده شود.
2- قیمت لنز افزایش پیدا کند.
3- کارایی سیستم کاهش پیدا کند.

به عنوان یک قانون کلی می توان گفت بهتر است که فاصله کاری 2 تا 4 برابر فضای دید ما باشد. به عنوان مثال اگر بخواهیم مستطیلی با عرض 20 سانتی متر و طول 15 سانتی متر را ببینیم بهتر است که فاصله دوربین تا لنز در حدود 40 تا 80 سانتی متر باشد.

استفاده ازExtension tubes  برای کاهش “حداقل فاصله کاری”

در موارد زیر تمایل داریم تا حداقل فاصله کاری را کاهش دهیم:

1. یک لنز در دسترس داشته باشیم که حداقل فاصله کاری مناسبی نداشته باشد و بخواهیم از همان لنز برای پروژه خود استفاده نماییم.
2. به دلیل محدودیت های مکانیکی مجبور باشیم به لنز نزدیک شویم اما حداقل فاصله کاری این اجازه را به ما ندهد.
3. انتخاب یک لنز با “حداقل فاصله کانونی” مورد نیاز پروژه خیلی گران تمام شود. در این حالت تمایل داریم با خرید یک لنز با “حداقل فاصله کانونی” بیشتر ، هزینه را کاهش دهیم.

برای کاهش حداقل فاصله کاری اصطلاحا از اکستنشن تیوپExtension tubes) ) استفاده می شود که به آن Calculating Close-Up Rings نیز گفته می شود. این تیوپ ها بین دوربین و لنز قرار می گیرد و باعث می شود تا فاصله کاری کاهش پیدا کند. بسته به نیاز می توانید از اکستنشن تیوپ ها با اندازه های مختلفی استفاده نمایید. در شکل زیر چند مدل از این تیوپ ها نمایش داده شده است.

استفاده از اکستنشن تیوپ ها باعث می گردد تا :

1.  بزرگ نمایی لنز افزایش پیدا می کند.
2.  فاصله کاری لنز کاهش پیدا می کند.
3.  رزولوشن لنز کاهش پیدا می کند.
4.  اغتشاش لنز افزایش پیدا می کند.

موارد 3 و 4 اثرات منفی استفاده از اکستنش تیوپ ها هستند ، به همین دلیل در برخی موارد استفاده از آنها توصیه نمی شود.

محاسبه ی فاصله کاری لنز در دوربین های باسلر

برای آنالیز و طراحی سیستم های ویژن بایستی میزان فاصله کاری را محاسبه نمایید؛ در دوربین های باسلر می توانید این کار را با استفاده از یکی از ابزارهای موجود در سایت باسلر انجام دهید. برای این کار کافی است اینجا کلیک کنید تا به این ابزار دسترسی پیدا کنید سپس  مراحل زیر را انجام دهید.

در ابتدا مدل و نوع دوربین نظر خود را انتخاب نمایید. در ادامه فاصله کانونی لنز و عرضی که میخواهید مشاهده نمایید را بر حسب میلیمتر وارد نمایید در این صورت فاصله کاری برای شما نمایش داده می شود.

به عنوان نمونه در تصویر زیر بعد از انتخاب مدل و نوع دوربین ، فاصله کانونی را برابر با 12 میلی متر و عرض تصویر (طرف بزرگتر در تصویر) را برابر با 150 میلی متر انتخاب می کنیم سپس میزان فاصله کار برابر با 381 میلی متر بدست خواهد آمد.

از ابزار بالا می توانید به شیوه های مختلفی استفاده کنیم. به این ترتیب که از میان سه پارامتر “فاصله کانونی لنز” ، “فاصله ی کاری ” و “عرض تصویر” می توانیم دو پارامتر را انتخاب کنیم تا پارامتر سوم به طور اتوماتیک برای ما محاسبه گردد.

جمع بندی

1. در هنگام طراحی یک سیستم بینایی ماشین بررسی کنید که آیا محدودیت مکانیکی برای فاصله کاری وجود دارد یا خیر؟
2. فاصله کاری مورد نیاز را به کمک ابزار معرفی شده در این مقاله یا ابزارهای مشابه بررسی کنید.
3. در انتخاب لنز به مقدار حداقل فاصله کاری دقت کنید.
4. تلاش کنید که حداقل فاصله کاری لنز شما مناسب باشد تا نیازی به استفاده از اکستنشن تیوپ نداشته باشید.

همچنین دقت کنید که در صورت استفاده از اکستنشن تیوپ باید طول مورد نیاز آن را  محاسبه نمایید. شما میتوانید در این زمینه از تیم ما مشاوره بگیرید.

انواع لنز های صنعتی در بینایی ماشین

مزیت های لنز تلسنتریک (Telecentric) نسبت به لنز های معمولی

انتخاب لنز برای دوربین های Basler