Bir silindirik parçanın tepe yüzeyini ve yan duvarını aynı karede, tek kamerayla ve tam odakta görmek… Standart bir lensle bu mümkün değildir. Hypercentric (pericentric) lensler ve delik içi görüntüleme (hole inspection) lensleri tam olarak bu “imkânsız” görüntüleri üretmek için tasarlanmıştır. Bu yazıda iki optik ailesinin fiziğini, hangi üretim problemlerini çözdüğünü ve Opto Engineering'in PC, PCCD ve PCHIL serilerini gerçek datasheet verileriyle ele alıyoruz.
Önce problem: Neden standart bir lens yetmiyor?
Kalite kontrolde en sık karşılaştığımız taleplerden biri şudur: “Bu kapağın hem üstündeki baskıyı hem de yan yüzeyindeki çizikleri kontrol edelim.” Ya da: “Bu deliğin dibindeki çapağı ve iç duvarındaki diş bozukluğunu görelim.”
Standart (entocentric) bir lensle bu isteklerin ikisi de karşılanamaz. Çünkü klasik bir optik, kendisine bakan yüzeyi görür; yan duvarlar ya hiç görünmez ya da kaçış perspektifi yüzünden ölçülemeyecek kadar eğik ve karanlık kalır. Sahada bu problem genellikle üç yoldan biriyle çözülmeye çalışılır:
- Çok kameralı istasyon: 4–8 kamera, her biri parçanın bir yüzüne bakar. Maliyet, kablolama, kalibrasyon ve görüntü birleştirme yükü yüksektir.
- Parçayı döndürmek: Servo ile indeksleme yapılır, birkaç kare alınır. Çevrim süresi uzar, mekanik aşınma ve titreşim devreye girer.
- Ayna düzenekleri: Ucuzdur ama hizalaması hassastır ve çözünürlük kaybı yaratır.
Hypercentric optikler bu üç yolun da alternatifidir: tek kamera, tek kare, tek pozlama.
Üç optik geometri: entocentric, telecentric, hypercentric
Bir lensin karakterini belirleyen şey, ana ışınların (chief ray) nerede kesiştiğidir. Bu tek fark, lensin neyi görüp neyi göremeyeceğini belirler.
| Özellik | Entocentric | Telecentric | Hypercentric |
|---|---|---|---|
| Ana ışınlar | Lens önünde kesişir | Eksene paralel | Nesnenin arkasında kesişir |
| Perspektif | Yakın olan büyük görünür | Perspektif yok | Ters: yakın olan küçük görünür |
| Görünen yüzeyler | Tepe (kısmen yan, bozuk) | Yalnız tepe | Tepe + tüm yan yüzey (360°) |
| Tipik kullanım | Genel amaçlı, OCR, varlık kontrolü | Boyutsal ölçüm, kenar tespiti | Kapak/silindir 360° kontrol, delik içi |
Hypercentric geometrinin en sezgiye aykırı sonucu şudur: ters perspektif. Kameraya daha yakın olan nesne görüntüde daha küçük çıkar. Bu tuhaf davranış, tam da yan duvarların görünür olmasını sağlayan şeydir.
Hypercentric lensler: tepe ve yan yüzey tek karede
Bir hypercentric lens, silindirik bir parçaya baktığında görüntüyü şöyle oluşturur: tepe yüzey sensörün merkezine, yan duvar ise bu merkezin etrafına bir halka (annulus) olarak düşer. Yani parçanın 360° çevresi, tepe yüzeyin etrafına “sarılmış” hâlde görüntülenir.
Opto Engineering PC serisi
Opto Engineering'in PC serisi pericentric lensleri, yaklaşık 2 mm ile 65 mm çap arasındaki nesnelerin tam çevresel kontrolünü tek kamerayla mümkün kılar. Seri; 1/3″, 1/2″ ve 2/3″ sensörler için PC13030XS, PC12030XS, PC23030XS ve daha uzun çalışma mesafeli PC13030HP, PC12030HP modellerini içerir.
| Parametre | Değer |
|---|---|
| Sensör | 2/3″ |
| Görüş alanı (çap × yükseklik) | min 15 × 5 mm · tipik 30 × 30 mm · maks 55 × 12 mm |
| Çalışma mesafesi | 20 – 80 mm |
| Dalga boyu aralığı | 450 – 650 nm |
| CTF @ 50 lp/mm | > %25 |
| F/# | 4 – 16 |
| Mekanik | Ø116 mm · 378 mm uzunluk · 2950 g · C mount |
| Önerilen aydınlatma | LTRN210 serisi eğik (oblique) halka LED, iç çap 116,5 mm |
Tablodaki son iki satır sahada en çok gözden kaçan noktadır: bu lens 378 mm uzunluğunda ve yaklaşık 3 kg'dır. Hypercentric optiği bir istasyona koymayı planlıyorsanız mekanik hacmi ve tespit noktalarını daha ilk günden hesaba katın; ayrıca lensin görüş konisi geniş olduğu için aydınlatma da lensin çevresinden, eğik açıyla verilmelidir.
Tipik uygulamalar: şişe ve ilaç kapaklarında baskı/conta kontrolü, 18650 tipi pil hücrelerinde tepe ve yan yüzey kusurları, kozmetik kapak ve valfler, konnektör pinleri, vida ve civatalarda diş kontrolü, otomotiv sektöründe küçük döküm ve dövme parçaların çevresel yüzey kontrolü.
PCCD: katadioptrik (ayna + mercek) yaklaşım
PCCD serisi, mercek ve ayna sistemini bir arada kullanan katadioptrik lenslerdir. Nesnenin yan yüzeyleri ayna sistemi üzerinden, tepe yüzeyi ise doğrudan sensörün merkezine görüntülenir. Seri genelinde 7,5 mm – 110 mm çap aralığındaki parçalar görüntülenebilir.
Örnek olarak PCCD012 (1/2″ sensör): görüş alanı min 7,5 × 5,0 mm, orta 25,0 × 17,0 mm, maks 35,0 × 25,0 mm; çalışma mesafesi sırasıyla 53 mm / 28 mm / 5 mm; yan yüzey görüş açısı 45°'ye yaklaşır; C mount, 108 mm uzunluk, Ø143 mm, 988 g. Kromatik düzeltmesi renkli (RGB) kamera uygulamaları için optimize edilmiştir — renk ayrımı gereken kapak ve etiket kontrollerinde belirgin avantaj sağlar.
Pratik ayrım şu şekildedir: PC serisi küçük çaplı parçaların tepesi ve yanını dengeli biçimde görüntülerken, PCCD daha kompakt gövdede ve daha geniş çap aralığında, özellikle yan yüzeye ağırlık veren kontroller için tercih edilir.
PCPW, PCMP ve TCCAGE: çok görüntülü çözümler
- PCPW: Nesnenin yan ve tepe yüzeyinden sekiz farklı görüntü üretir; içi boş nesnelerin iç yüzeyleri dışarıdan tam olarak incelenebilir.
- PCMP: Bi-telesentrik bir lense bağlanan ayna dizisiyle altı yanal görüntü oluşturur; telesentrik doğruluk gerektiren ölçüm uygulamaları için uygundur.
- TCCAGE: Telesentrik lens + ayna kafesi kombinasyonu; kataloğumuzdaki Özel Telecentric Seri içinde TCCAGE modellerini bulabilirsiniz.
Delik içi görüntüleme: hole inspection lensleri
İkinci aile, aynı pericentric fikrin içe doğru çevrilmiş hâlidir. Delik içi görüntüleme lensleri, bir boşluğun (delik, kovuk, şişe boynu, kap) hem tabanını hem de dik iç duvarlarını aynı karede görüntüler. En önemli özelliği: bunu dışarıdan yapar — deliğin içine optik prob ya da endoskop sokmaya gerek yoktur.
PCHI'den PCHIL'e
Opto Engineering'in bu ailedeki klasik ürünü PCHI serisiydi; bu seri üretimden kaldırılmış ve yerini PCHIL serisi almıştır. Yeni seri, geliştirilmiş odak halkası mekanizmasının yanı sıra Optotune sıvı lens teknolojisinin optik tasarıma entegre edildiği -EL (elektronik odaklı) modelleri de sunar. Bu, hareketli mekanik parça olmadan, milisaniyeler içinde ve tekrarlanabilir biçimde odak değiştirmek demektir — farklı derinlikteki delikleri aynı istasyonda kontrol etmek isteyen hatlar için belirleyici bir avantajdır.
| Model | Sensör | w f/# | Görüş açısı | Çalışma mesafesi | Görüş alanı (çap) | Kütle |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PCHI013 (referans datasheet) | 1/3″ | 5 | 82° | 5 – 62 mm | 10 → 120 mm | 224 g |
| PCHIL012 | 1/2″ | 6 | 82° | — | 10 → 120 mm | — |
| PCHIL023 | 2/3″ | 8 | 82° | 9 – 66 mm | 10 → 120 mm | 243 g |
| PCHIL3M | 1.1″ | 13 | 82° | 12 – 69 mm | 10 → 120 mm | 269 g |
| PCHIL…-EL | Optotune sıvı lensli, elektronik odaklı sürümler — hareketli parça yok, çok hızlı ve tekrarlanabilir odak değişimi | |||||
PCHI013 datasheet'inin görüş alanı satırı, bu optiklerin esnekliğini çok iyi özetler: minimum 10 × 6 mm, maksimum 120 × 190 mm (çap × yükseklik). Yani tek bir lens, 1 cm'lik bir vida deliğinden 12 cm'lik bir kovaya kadar çok farklı geometrileri, yalnızca çalışma mesafesi değiştirilerek görüntüleyebilir. Bu, farklı ürün ailelerinin aynı hattan geçtiği tesisler için doğrudan yatırım tasarrufudur.
Üreticinin öne çıkardığı avantajlar:
- Kovuğun hem duvarları hem tabanı yüksek çözünürlükte görüntülenir.
- Kontrol dışarıdan yapılır; deliğin içine optik prob sokmaya gerek yoktur (temassız, aşınmasız, hızlı).
- Çok yüksek alan derinliği — derin kovuklarda taban da duvar da odakta kalır.
- Farklı şekil ve ölçülerdeki nesneler aynı lensle görüntülenebilir.
- Geniş görüş açısı sayesinde yüzeyler, özelliklerini net gösteren uygun bir perspektifle alınır.
Tipik uygulamalar: dişli deliklerde diş varlığı ve profil kontrolü, döküm ve talaşlı imalat parçalarında çapak ve gözenek tespiti, PET preform ve şişe boynu iç yüzey kontrolü, somun iç dişi, kovan ve kartuş iç yüzeyi, konnektör yuvaları, enjeksiyon parçalarda gömme delik kontrolü, ilaç ve kozmetik kaplarının iç yüzey temizliği.
Aydınlatma: bu optiklerin başarısı ışıkta saklı
Hypercentric ve delik içi optiklerde en sık yapılan hata, aydınlatmayı en sona bırakmaktır. Oysa bu geometrilerde ışığın geliş açısı, lens seçiminden daha belirleyici olabilir:
- Hypercentric kurulumlarda ışık, lensin çevresinden eğik (oblique) açıyla verilmelidir; yan duvarlara ulaşamayan ışık, o duvarları görüntüde karanlık bırakır. Opto Engineering, PC23030XS için iç çapı 116,5 mm olan LTRN210 serisi eğik halka LED aydınlatmaları önerir.
- Delik içi kontrolde ışığın kovuğa girip iç duvarı yalayarak aydınlatması gerekir. Parlak metal iç yüzeylerde difüz (dome) aydınlatma, mat yüzeylerde ise yönlü halka aydınlatma daha iyi sonuç verir.
- Renkli kontrol yapılacaksa kromatik düzeltmesi iyi bir optik (ör. PCCD serisi) ve beyaz ışık tercih edilmelidir.
Kataloğumuzda bu kurulumlar için kullanılabilecek Opto Engineering halka aydınlatmalarını Opto Dairesel Aydınlatma kategorisinde, tüm aydınlatma ailesini ise Endüstriyel Aydınlatma altında bulabilirsiniz.
Seçim rehberi: doğru optiğe nasıl karar verilir?
Bir projeye başlarken sırasıyla şu soruları yanıtlıyoruz:
- Neyi görmek istiyorsunuz? Yalnız tepe yüzey ise telesentrik ya da standart lens yeterlidir; yan yüzey de gerekiyorsa hypercentric aileye geçilir.
- Parçanın çapı ve yüksekliği nedir? PC serisi ~2–65 mm, PCCD serisi 7,5–110 mm çap aralığında konumlanır. Yükseklik, görüş alanı tablosundaki ikinci değerle sınırlıdır.
- Delik/kovuk söz konusuysa çap ve derinlik nedir? Delik içi optiklerde 10–120 mm çap aralığı ve 82° görüş açısı belirleyicidir; çok dar ve çok derin kovuklarda duvarın tamamı görünmeyebilir.
- Hangi sensör formatı kullanılacak? Optiğin görüntü çemberi (ör. 3,6 mm / 4,8 mm / 6,6 mm) sensörden küçükse köşelerde vinyetleme olur. Kamera seçiminde Kamera Seçici aracımızı kullanabilirsiniz.
- Çözünürlük hedefiniz ne? Yan duvar, tepe yüzeye göre daha az piksele düşer. Kabul kriterinizi (ör. 0,1 mm çizik) yan duvardaki piksel/mm değerine göre doğrulayın.
- Mekanik hacim ve çalışma mesafesi uygun mu? 378 mm uzunluğunda bir optik her istasyona sığmaz; WD aralığı da parçanın taşıma yüksekliğiyle uyumlu olmalıdır.
- Odak sabit mi, değişken mi? Tek ürün varsa manuel odak (lockring) yeterlidir; ürün çeşidi çoksa elektronik odaklı (-EL / sıvı lens) sürümler çevrim süresini kurtarır.
Sık yapılan beş hata
- “Pinhole lens de aynı işi görür” sanmak. Pinhole lensler yalnızca düz bir alanı görüntüler; kovuğun tabanı ile duvarını aynı anda odakta veremez.
- Yan duvar çözünürlüğünü tepe yüzeyle eşit varsaymak. Halka bölgesinde mm başına düşen piksel sayısı daha düşüktür.
- Görüş alanının uç sınırlarında çalışmak. Min/maks değerlerin hemen dibinde çalışmak, tolerans sapmalarında sistemi kör eder.
- Mekanik hacmi hesaba katmamak. Uzunluk, çap, kütle ve tespit noktaları proje başında konuşulmalıdır.
- Aydınlatmayı sonraya bırakmak. Bu optiklerde ışık, sistemin yarısıdır; lensle birlikte seçilmelidir.
Gökser Vision yaklaşımı
Hypercentric ve delik içi optikler, doğru seçildiğinde bir kamerayı sekiz kameranın yerine koyan güçlü çözümlerdir; yanlış seçildiğinde ise rafta bekleyen pahalı bir donanıma dönüşür. Bu yüzden bu tür projelerde önce numune ile fizibilite yapmayı öneriyoruz: parçanızı laboratuvarımızda gerçek optik ve aydınlatma kombinasyonlarıyla görüntüleyip, kabul kriterlerinizin gerçekten yakalanıp yakalanmadığını size görüntülerle gösteriyoruz.
15+ yıllık machine vision tecrübemiz ve Opto Engineering yetkili distribütörlüğümüzle; optik seçimi, aydınlatma tasarımı, kamera eşleştirmesi ve görüntü işleme yazılımını uçtan uca birlikte kurguluyoruz. Projenizi konuşmak için bize ulaşın; ürünlerimizi incelemek için ürün kataloğumuza göz atabilirsiniz.
Kaynaklar
- Opto Engineering — PC serisi pericentric lensler
- Opto Engineering — PCCD serisi katadioptrik lensler
- Opto Engineering — PCHIL serisi delik içi görüntüleme lensleri
- Opto Engineering — PCHI013, PCCD012 ve PC23030XS ürün datasheet'leri
Not: Yazıdaki teknik değerler üreticinin yayımladığı datasheet verilerinden alınmıştır ve bilgilendirme amaçlıdır. Ürün özellikleri üretici tarafından haber verilmeksizin değiştirilebilir; proje öncesinde güncel datasheet ile teyit edilmesini öneririz.