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TCLIB Suite
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Vantaggi chiave

  • Algoritmi di calibrazione della distorsione all’avanguardia.
  • Assicurano la miglior messa a fuoco e il miglior allineamento grazie a strumenti indipendenti veloci e intuitivi.
  • Massimizzano le prestazioni del sistema per ottenere i migliori risultati di misurazione.
Scopri di più

TCLIB Suite includes:

  1. Dedicated tools to take care of the basics of a measurement system setup: alignment of telecentric lens and collimated light, alignment of the object plane, best focus (TCLIB-APP)
  2. A set of algorithms (C++ library) to calculate the distortion map of a system and correct in live mode every new image acquired by the system (TCLIB), plus all the functions developed in the TCLIB-APP.

The stand-alone tools and the distortion calibration functions are used offline, when the initial optimization and calibration of the machine is needed. The distortion correction, on the other hand, is based on fast and reliable algorithms which allow the system to stream adjusted images in live mode.

Documenti tecnici

TCLIB Manual

Software

TCLIB Suite Setup v2.4

Allineamento dell'obiettivo e della fonte di luce collimata

Allineare il piano dell’oggetto

Miglior messa a fuoco

Correzione della distorsione

Allineamento dell'obiettivo e della fonte di luce collimata

Questo strumento aiuta l'operatore a ottenere l'illuminazione più omogenea possibile.

Ottenere la migliore omogeneità dell'illuminazione è il primo passo fondamentale per un buon sistema di misura, poiché questa specifica influisce sulla responsabilità di qualsiasi set di algoritmi di rilevamento dei bordi.

Lo strumento funziona in modalità live, fornendo un feedback visivo sull'allineamento. Il campo inquadrato è diviso in ROI, ognuno con un feedback di colore sull'allineamento:

  • ROSSO: non omogeneo
  • GIALLO: discreta omogeneità
  • VERDE: buona omogeneità
Aligning of lens and collimated light source
Aligning of lens and collimated light source

Allineare il piano dell’oggetto

È fondamentale che il piano dell’oggetto sia ben allineato con l’asse ottico. Le conseguenze di un disallineamento sono:

  • In condizioni di retroilluminazione si osserva la proiezione di un oggetto, e non il suo profilo reale. L’immagine quindi potrebbe subire delle compressioni lungo alcune direzioni.
  • Alcune caratteristiche potrebbero non essere messe a fuoco in maniera ottimale, compromettendo così la qualità dei bordi ai fini della misurazione.
Aligning the object plane
Aligning the object plane

Miglior messa a fuoco

Questo strumento associa un indice numerico a ogni immagine, che indica la prossimità alla messa fuoco ottimale.

Best focus
Best focus

Correzione della distorsione

Questo strumento permette di eliminare la distorsione ottica residua dall’obiettivo telecentrico; per ottenere risultati ottimali questo valore, benché piccolo, deve essere quanto più vicino a zero possibile. Da una singola immagine di un motivo a scacchi che ricopre l’intero FoV (come la serie PT di Opto Engineering®) si ottengono tutte le informazioni necessarie per eliminare la distorsione.

Le fasi della procedura sono le seguenti:

  1. Acquisire una singola immagine del pattern di calibrazione (offline)
  2. Una mappa della distorsione viene creata dall’immagine acquisita (offline)
  3. La mappa della distorsione viene salvata in un file di riferimento
  4. La distorsione viene eliminata da ogni nuova immagine acquisita, utilizzando la mappa della distorsione come riferimento (online)

Le fasi 1. e 2. hanno lo scopo di calibrare il sistema e quindi è necessario eseguirle una sola volta. La fase 4 viene ripetuta ad ogni nuova immagine acquisita. Tutte queste funzioni sono integrate nella libreria .dll file e in un software dimostrativo autonomo. L’applicazione dimostrativa può essere utilizzata a scopo di test, oppure per ottenere la mappa della distorsione, mentre per la correzione online della distorsione vera e propria si raccomanda l’integrazione del file .ddl.

Distortion correction
Distortion correction

Risultati Di Un Sistema Telecentrico Ottimizzato

Abbiamo sottoposto a test il risultato dell’utilizzo di TCLIB Suite per ottimizzare diversi gruppi di sistemi telecentrici possibili. I risultati si riferiscono ai quattro strumenti della Suite come segue:
  • l’allineamento obiettivo-luce viene espresso in termini di omogeneità dell’illuminazione (deviazione standard del livello medio di grigio)
  • l’allineamento obiettivo-piano dell’oggetto viene espresso come il valore più basso ottenuto, in gradi
  • la precisione della messa a fuoco viene espressa come la sensibilità in mm sulla distanza di lavoro
  • la calibrazione della distorsione viene espressa come ripetibilità su 20 misurazioni di un blocchetto di calibrazione di 5 mm
TCCP3MHR144-C + LTCLCP144-G + PTCP-S1-HR1-C + COE-123-M-USB-080-IR-C
Campo visivoALLINEAMENTO OBIETTIVO-LUCE come OMOGENEITÀ DI FONDOALLINEAMENTO PIANO DELL’OGGETTO come ANGOLO MIGLIORE (MINORE) TRA I PIANIMIGLIORE MESSA A FUOCO come MIGLIORE (MINORE) INCERTEZZA SULLA DISTANZA DI LAVOROCALIBRAZIONE DELLA DISTORSIONE come RISULTATO DI 20 MISURAZIONI RIPETUTE
164x120 mm4%0.012°+/- 0.5 mm
NominaleMisuratoMinMaxσ
5.000 mm5.001 mm4.998 mm5.005 mm1.7 μm
TC3MHR144-C + LTCL144-G + PT120-240 (datato) + COE-123-M-USB-080-IR-C
Campo visivoALLINEAMENTO OBIETTIVO-LUCE come OMOGENEITÀ DI FONDOALLINEAMENTO PIANO DELL’OGGETTO come ANGOLO MIGLIORE (MINORE) TRA I PIANIMIGLIORE MESSA A FUOCO come MIGLIORE (MINORE) INCERTEZZA SULLA DISTANZA DI LAVOROCALIBRAZIONE DELLA DISTORSIONE come RISULTATO DI 20 MISURAZIONI RIPETUTE
141x104 mm3%0.014°+/- 0.5 mm
NominaleMisuratoMinMaxσ
5.000 mm4.999 mm4.996 mm5.003 mm1.6 μm
TC3MHR144-C + LTCL144-G + PTCP-S1-HR1-C + COE-123-M-USB-080-IR-C
Campo visivoALLINEAMENTO OBIETTIVO-LUCE come OMOGENEITÀ DI FONDOALLINEAMENTO PIANO DELL’OGGETTO come ANGOLO MIGLIORE (MINORE) TRA I PIANIMIGLIORE MESSA A FUOCO come MIGLIORE (MINORE) INCERTEZZA SULLA DISTANZA DI LAVOROCALIBRAZIONE DELLA DISTORSIONE come RISULTATO DI 20 MISURAZIONI RIPETUTE
141x104 mm3%0.003°+/- 0.5 mm
NominaleMisuratoMinMaxσ
5.000 mm4.999 mm4.997 mm5.001 mm0.9 μm
TCCR3M064-C + LTCLCR064-G + PT064-096 + COE-123-M-USB-080-IR-C
Campo visivoALLINEAMENTO OBIETTIVO-LUCE come OMOGENEITÀ DI FONDOALLINEAMENTO PIANO DELL’OGGETTO come ANGOLO MIGLIORE (MINORE) TRA I PIANIMIGLIORE MESSA A FUOCO come MIGLIORE (MINORE) INCERTEZZA SULLA DISTANZA DI LAVOROCALIBRAZIONE DELLA DISTORSIONE come RISULTATO DI 20 MISURAZIONI RIPETUTE
62x46 mm3%0.001°+/- 0.5 mm
NominaleMisuratoMinMaxσ
5.000 mm5.0000 mm4.9994 mm5.0007 mm0.3 μm
Ingrandisci tabella

Cos’è la calibrazione della distorsione?

Ogni volta che si utilizza un sistema ottico, vale a dire un obiettivo e la telecamera ad esso abbinata, bisogna affrontare il problema della distorsione. La distorsione ottica del sistema può essere definita come un errore che comporta che un determinato numero di punti possano venire elaborati in posizioni relative diverse rispetto alla loro posizione reale. Un esempio classico è una linea retta che, a causa della distorsione dell’obiettivo, viene rielaborata come fosse una linea curva. La Fig.1 mostra l’effetto della distorsione su un pattern di calibrazione.

Fig. 1: Undistorted real pattern green circles vs Imaged black dots distortion pattern
Fig. 1: Undistorted real pattern green circles vs Imaged black dots distortion pattern

La trasformazione matematica che collega il campo inquadrato originale non distorto, all’immagine distorta può essere molto difficile da creare, tenendo anche in considerazione che questo può mutare considerevolmente anche lungo lo stesso campo inquadrato.
Il primo effetto della distorsione sulla metrologia è la perdita di ripetibilità delle misurazioni: siccome le caratteristiche di un oggetto “appaiono” leggermente differenti in base alla sua posizione all’interno del campo inquadrato, a causa della distorsione, il valore della misurazione di quella particolare caratteristica sarà più soggetto a cambiare ogni volta che l’oggetto viene rimosso e riposizionato.

Fig. 2: Gaussian distribution of repeated measures. Blue, red and orange distributions represent the same result ( μ = 0 ) with different repeatability (best for blue). The green bell curve represents a wrong (but repeatable) result, e.g. biased by a fixed offset.
Fig. 2: Gaussian distribution of repeated measures. Blue, red and orange distributions represent the same result ( μ = 0 ) with different repeatability (best for blue). The green bell curve represents a wrong (but repeatable) result, e.g. biased by a fixed offset.

Ripetibilità di un sistema di misura

Se si deve misurare il diametro di un foro passante per cento volte, è possibile rappresentare in maniera approssimativa la distribuzione dei risultati con una curva gaussiana: i risultati più prossimi al valore medio saranno molto frequenti, mentre i risultati molto diversi dal valore medio saranno invece meno probabili.

La ripetibilità della misura è connessa all’ampiezza della campana: minore sarà l’ampiezza e più risulterà difficile trovare una misura che si allontani dal valore medio. In altre parole, una determinata caratteristica (ad es. la lunghezza) sarà «quasi la stessa, quasi ogni volta». D’altro canto, una campana larga rappresenta la situazione in cui non è possibile determinare se una misura sia realmente diversa dal valore che ci si aspetta (per esempio a causa di una parte difettosa) o se si tratti di un’anomalia prevista a livello statistico, dovuta alla bassa ripetibilità del sistema di misura.

L’ampiezza tipica utilizzata viene chiamata sigma (o “larghezza a metà altezza”, FWHM), ed è direttamente collegata alla ripetibilità. È quindi possibile stabilire un metodo diretto per confrontare i requisiti di accuratezza: se la tolleranza relativa a una misurazione viene fornita come multipli del suo specifico valore di sigma, esprimiamo di conseguenza la probabilità che si presenti una parte fuori tolleranza. A due sigma, l’oggetto conforme risulterà entro la tolleranza il 95% delle volte. A tre sigma, l'oggetto avrà un livello di confidenza pari al 99,7%, che aumenterà fino al 99,99999% a 5 sigma.
Supponendo che la vostra distribuzione abbia un valore medio di 150 mm e sigma = 1 mm. L’errore ad essa associato dipenderà dal valore di confidenza della vostra applicazione. Infatti, possiamo affermare nelle caratteristiche tecniche che la sua lunghezza è 150 mm +/- 3 mm, e che questo risulterà vero il 99,7% delle volte. D’altro canto, qualora volessimo che 1 mm equivalga ad una tolleranza pari a 3 sigma, dovremo migliorare il nostro processo di misurazione fino a che 1 sigma = 0,33 mm.

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