远心镜头在AOI磁性材料检测中的应用

 远心镜头在AOI磁性材料检测中的应用

秦婷

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摘要：磁性材料是一种主要由钦铁硼构成的新型磁材，由于其良好的磁性能，在电子工业、航天工业、机械工业等领域被广泛使用。通过使用AOI检测系统，能够充分发挥远心镜头超大景深、近乎“零”畸变等优势，有效保证磁性材料的工业生产线上的检测精度。

关键字：磁性材料远心镜头检测精度

远心镜头以其独特的光路设计，不仅可以消除视差和环境中杂散光的干扰，有效的提高成像质量，方便后期图像处理对边界的提取，而且具有超大的景深、近乎“零”畸变以及更高的检测精度，这些特点让远心镜头在磁性材料检测领域备受青睐，解决了很多传统工业镜头解决不了的难题。

一、全自动光学检测在磁性材料检测中的前景

一是全自动光学检测的优势。全自动光学检测（Automated Optical Inspection，简称AOI），为高速高精度光学影像检测系统，运用机器视觉做为检测标准技术，可以改良传统以人力使用光学仪器进行检测的缺点，应用层面包括从高科技产业之研发、制造品管，以至国防、民生、医疗、环保、电等领域。

二是磁性材料的应用前景。磁性材料是一种主要由钦铁硼构成的新型磁材，由于其良好的磁性能，在电子工业、航天工业、机械工业等领域被广泛使用，特别是在新能源汽车上的应用，据悉，平均每台新能源汽车将会消耗7kg的磁性材料，随着新能源汽车的大力应用，磁性材料的发展潜力巨大。

三是全自动光学检测在磁性材料检测中的广泛应用。鉴于市场对磁性材料的需求量，而磁性材料在生产加工的过程中由于各种各样的原因会在表面造成缺陷，导致材料表面磁性分布差异性和极易出现腐蚀现象，这严重影响了产品质量，因此，检测磁性材料显得极为重要，在磁性材料的工业生产线上通常需要使用AOI检测系统来保证产品的检测精度。

二、磁性材料检测的难点

一是检测速度要求高。磁性材料检测的工业生产线AOI检测系统属于高速运动状态，使用普通光学镜头时，由于光学系统的成像误差磁性材料边缘有较明显的圆弧倒角，从而导致在高速状态下采集到的图像轮廓会有明显的拖影，而且图像边缘倒角处容易出现阴影，掩盖缺陷的真实信息，造成测量结果偏离实际情况，测量失去高精度的意义。

二是检测精度要求高。磁性材料的尺寸较小，一般长度在 20 mm 左右，所以其缺陷大小一般在毫米级别，尺寸测量精度更要求再微米级别，加上磁性材料表面的金属镀层具有高反射性，并且电镀层种类繁多，镀层表面对光的反射程度有较大差别。故设计出高精度、适应性强的的光学检测系统对之后缺陷判断的正确与否起着至关重要的作用。

三、远心镜头的优势

一是远心镜头的成像原理。远心是指镜头成像的一种原理特性，主要分为：物方远心、像方远心、物像双侧远心三类。如下三幅原理图中可以看出，经过光学系统中心的就是光轴，系统的左侧是物方，右侧是像方。物方远心，顾名思义，只是物方主光线与光轴平行；像方远心就是只是像方主光线与光轴平行；而双侧远心则是物方和像方主光线均与光轴平行。

二是远心镜头的主要类型。双远心镜头即物像方双侧远心镜头，其物像方主光线均平行于光轴，且主光线的汇聚中心分别位于物方无限远和像方无限远。目前机器视觉市场上主流的远心镜头分为：物方远心镜头和双远心镜头两类。双远心镜头就是物像双侧远心镜头，它兼有物方远心镜头和像方远心镜头的特性。相比较物方远心而言，双远心镜头的像面照度更均匀，后焦更大，在物距调整、轮廓精准提取上有着明显的成像优势。

三是远心镜头的特点。远心镜头以其独特的光路设计，不仅可以消除视差和环境中杂散光的干扰，有效的提高成像质量，方便后期图像处理对边界的提取，而且具有超大的景深、近乎“零”畸变以及更高的检测精度，这些特点让远心镜头在磁性材料检测领域备受青睐，解决了很多传统工业镜头解决不了的难题。

四、远心镜头在磁性材料检测中的应用优势

一是极低的远心度。极低的远心度不仅可以消除调焦不准确带来的误差，还可以消除杂散光对成像的影响，以物方远心镜头为例，只有与光轴基本平行的光线才能通过孔径光阑，最终成像到图像传感器面上，而光线夹角大于镜头远心度的光线都会被孔径光阑阻拦而无法成像到图像传感器面上，这样可以有效的避免环境中的杂散光影响测试效果。远心度越低，入射的光线与主光轴越接近平行，被阻拦的光线就会越多，消除杂散光影响的能力也越强。

二是无视差。如果镜头有视差在测量立体结构工件时会导致边界不清晰，干扰尺寸边界的提取，增大了测量的误差。远心镜头成像的只有与光轴保持平行的部分光线，所以在测量时只要保证被测量的面与光轴保持垂直，就可以确保拍摄时只有这部分的光线能够入射成像，确保成像时不产生视差，让轮廓边界都能够清晰的成像，方便后续的图像处理，能够极大的提高测量的精度。

三是超大的景深。相比普通的工业镜头，远心镜头拥有超大的景深，景深越大的镜头能测量的物体的径向长度也越大。在检测磁性材料厚度尺寸时，要求镜头的景深至少为磁性材料的宽度尺寸，景深不够会导致物体成像边缘的过渡带增多，约为3-5个像素。远心镜头拥有超大的景深，再搭配远心平行光源，还可以增加远心镜头的自然景深，可以获得边缘更加清晰，过渡带更少的图像。

四是畸变小、检测精度高。远心镜头具有极低的畸变，在成像时还原度高，所成的像其形状基本不会有变化，畸变带来的误差很小，测量精度更高、更稳定，更加适用于高精度尺寸测量。普通工业镜头通常有1～2%的畸变，会影响测量时的精确水平。相比之下，远心镜头的畸变一般控制在0.1%以内，约为普通镜头的1/20，大大提高了检测的精度和稳定性。磁性材料检测通过光学分拣机在上料在玻璃转盘上，检测速度快，检测重复精度要求高，一般要求重复精度小于0.007mm。由于远心镜头畸变小，且在整个视野范围中任意位置的测试精度一致性高，可以很好的满足磁性材料尺寸测量的检测要求。

参考文献：1.朱光明，冯明涛，王波.智能视觉技术及应用[M].2021

2.刘笑寒.基于机器视觉的磁性材料外观自动光学检测成像技术研究[J].2018

3.毛可兵.BN纳米颗粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能分析与研究[J].2010

作者简介

秦婷，女，1988年7月出生，汉族，籍贯陕西省咸阳市，学士学位，中级工程师，陕西维视智造股份有限公司，理学学士学位，技术研发人员。