Le petit guide de la vision industrielle
L'optique en vision industrielle
Comprendre et appliquer le choix de l'objectif
L’optique est un élément fondamental de tout système de vision industrielle - et, en même temps, l’une des causes les plus courantes de résultats d’inspection instables. Dans de nombreux projets, le choix de l’objectif est envisagé trop tardivement ou traité comme une tâche isolée, ce qui entraîne une qualité d’image insuffisante, des erreurs de mesure ou des itérations de conception inutiles.
Le point essentiel est que l’optique ne fonctionne jamais de manière isolée. Elle doit être précisément adaptée au capteur, à la taille des pixels, à la distance de travail et à l’éclairage.
Si vous souhaitez comprendre les principes fondamentaux de la vision industrielle, commencez par notre introduction intitulée Qu'est-ce que la vision industrielle ??
Quelles sont les tailles de capteurs disponibles - et pourquoi sont-elles importantes ?
La taille du capteur décrit la surface physique sur laquelle l'image est projetée. En vision industrielle, les tailles de capteurs sont généralement exprimées en pouces, par exemple 1/3« , 1/2 », 2/3« ou 1 ».
Les capteurs plus petits, tels que les 1/3« et 1/2 », sont couramment utilisés dans les applications compactes et à budget restreint. Les capteurs plus grands, tels que les 2/3« et 1 », sont la norme dans de nombreux systèmes d’inspection industrielle car ils offrent un champ de vision plus large ou un niveau de détail d’image plus élevé. Des formats de capteurs encore plus grands sont utilisés dans les applications à haute résolution.
La taille du capteur influe directement sur le champ de vision. Avec un même objectif, un capteur plus grand capture une plus grande partie de l’objet. Parallèlement, l’objectif doit être compatible avec la taille du capteur, car chaque objectif est conçu pour un cercle d’image spécifique. Le dépassement de ce cercle d’image entraîne un vignetage ou des zones floues sur l’image.
La taille du capteur est également étroitement liée à la technologie de la caméra. Les différences d’architecture des capteurs et de taille des pixels sont expliquées plus en détail dans Les technologies de caméra en vision industrielle.
Le choix de la caméra appropriée est étroitement lié à la taille du capteur. Vous trouverez un aperçu des modèles de caméras et des formats de capteurs disponibles dans la section Caméras industrielles.
Quels sont les types de montures disponibles – et que signifient-ils ?
La monture d’objectif définit l’interface mécanique entre la caméra et l’objectif. Elle détermine la manière dont l’objectif est fixé et sa distance par rapport au capteur.
La norme la plus répandue en vision industrielle est la monture C, qui offre une large compatibilité et est généralement utilisée avec des capteurs allant jusqu’à environ 1".
La monture CS est similaire sur le plan mécanique, mais présente une distance focale de bride plus courte. Les objectifs à monture CS ne peuvent pas être montés directement sur des caméras à monture C, tandis que les objectifs à monture C peuvent souvent être utilisés sur des caméras à monture CS à l’aide d’un adaptateur.
Pour les capteurs plus grands ou les applications nécessitant des performances optiques supérieures, les systèmes à monture F - initialement développés pour la photographie - sont fréquemment utilisés. D’autres types de montures sont disponibles pour des applications spécialisées.
Dans la pratique, la monture garantit la compatibilité mécanique, mais elle ne détermine pas si un objectif est optiquement adapté à une application donnée.
Un aperçu des objectifs compatibles avec les différents types de montures est disponible dans la rubrique Objectifs de vision industrielle.
Quels types d’objectifs sont utilisés en vision industrielle ?
Différentes applications nécessitent différents types d’objectifs, chacun étant conçu pour des caractéristiques optiques et des cas d’utilisation spécifiques.
Les objectifs standard couvrent un large éventail d’applications et sont largement utilisés pour les tâches d’inspection générales. Ils offrent un excellent rapport performances/coût.
Les objectifs macro sont conçus pour de petits champs de vision et un fort grossissement. Ils sont idéaux pour inspecter de petites structures avec un niveau de détail élevé.
Les objectifs télécentriques sont spécialement conçus pour les applications de mesure de précision. Ils minimisent les erreurs de perspective et garantissent que les objets apparaissent de la même taille, quelles que soient les variations de hauteur.
Les applications typiques sont expliquées dans la rubrique Métrologie optique.
Pour les tâches de mesure de précision, découvrez notre gamme d’objectifs télécentriques.
Les objectifs grand angle offrent un large champ de vision à de courtes distances de travail, mais peuvent introduire une distorsion plus importante et ne conviennent donc pas à toutes les applications.
Il existe également des objectifs spécialisés, optimisés pour des gammes de longueurs d’onde spécifiques, telles que l’infrarouge (IR) ou l’ultraviolet (UV).
En fonction de votre application, différentes catégories d’objectifs sont disponibles : des objectifs standard et macro aux optiques télécentriques.
Comment la taille des pixels et la résolution influencent-elles le choix de l’objectif ?
La résolution d’un système de vision industrielle résulte de l’interaction entre la caméra et l’objectif. La taille des pixels décrit les dimensions physiques d’un pixel individuel du capteur.
Des pixels plus petits permettent d’obtenir des images plus détaillées, mais imposent des exigences plus élevées en matière de performances optiques. Si l’objectif ne parvient pas à restituer suffisamment de détails, la résolution théorique de la caméra ne peut pas être pleinement exploitée.
En règle générale, une caractéristique pertinente doit être représentée par au moins deux à trois pixels pour permettre une détection ou une mesure fiable.
Par conséquent, les caméras et les objectifs doivent toujours être choisis ensemble. Les considérer indépendamment l’un de l’autre conduit souvent à des systèmes inefficaces ou instables.
Quel rôle jouent l’ouverture et la profondeur de champ ?
TL’ouverture contrôle la quantité de lumière qui atteint le capteur tout en influençant la profondeur de champ.
Une ouverture plus petite augmente la profondeur de champ, permettant à des objets situés à différentes hauteurs de rester nets. Cependant, elle réduit également la quantité de lumière disponible.
Une ouverture plus grande laisse passer davantage de lumière vers le capteur, mais réduit la profondeur de champ. Cela peut poser des problèmes lorsque les objets ne sont pas positionnés avec précision ou sont en mouvement.
Dans les applications industrielles, la profondeur de champ est souvent un facteur critique pour obtenir des résultats d’inspection stables et reproductibles.
Pourquoi la distance de travail et la conception mécanique sont-elles importantes ?
La distance de travail désigne la distance entre l’objet et l’objectif. Elle influence le champ de vision, la perspective et l’intégration mécanique.
Une distance de travail plus longue peut simplifier l’intégration du système, mais nécessite souvent des optiques plus performantes. La taille de l’objectif et la stabilité mécanique doivent également être prises en compte, en particulier dans les environnements industriels soumis à des vibrations, des variations de température ou disposant d’un espace d’installation limité.
Une conception mécanique robuste est essentielle pour obtenir des résultats d’inspection reproductibles.
Quel rôle jouent la longueur d’onde et l’éclairage ?
Tous les objectifs n’offrent pas les mêmes performances sur toutes les longueurs d’onde. De nombreux objectifs standard sont optimisés pour la lumière visible, tandis que les applications infrarouges ou ultraviolettes nécessitent des optiques dédiées.
Des longueurs d’onde différentes peuvent entraîner des décalages de mise au point ou des altérations de la qualité d’image. C’est pourquoi l’optique et l’éclairage doivent toujours être pris en compte conjointement lors de la conception du système.
Erreurs courantes lors du choix des objectifs
De nombreux projets se heurtent à des défis similaires. L’objectif est choisi après la caméra plutôt qu’en fonction de l’application, la taille des pixels est négligée, ou l’éclairage n’est pris en compte qu’à un stade avancé du processus de conception.
La profondeur de champ et les exigences spectrales sont également souvent sous-estimées. Ces problèmes entraînent fréquemment des modifications inutiles de la conception et une stabilité réduite du système à long terme.
Vous souhaitez vous assurer que votre choix d’objectif est adapté à votre application ?
Discutez de vos besoins avec nos experts en vision industrielle ou passez en revue la conception complète de votre système avec notre équipe.
L’optique au sein de l’architecture globale de la vision
Le choix de l’optique adaptée n’est pas une tâche isolée, mais fait partie intégrante de la conception globale du système. La réussite dépend de l’interaction entre la caméra, l’optique, l’éclairage et le logiciel.
Dans la pratique, c’est l’optimisation minutieuse de ces composants qui a le plus grand impact sur les performances du système. Grâce à nos MORE Services, nous accompagnons nos clients dans la conception et la validation de solutions complètes de vision industrielle.