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Come la tecnologia a lenti liquide sta cambiando la lettura dei codici a barre

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L'ultima generazione di lenti liquide semplifica la messa a fuoco automatica e rappresenta ora la soluzione migliore per un'ampia gamma di problemi di visione industriale. Sono ideali per la lettura di codici a barre, lo smistamento pacchi, l'ispezione della qualità, l'automazione e altri usi.

I compromessi nella scelta delle lenti appropriate

Quando si imposta un'applicazione per la lettura di codici a barre, è fondamentale scegliere le lenti migliori per tale applicazione. Una lente che funziona bene per un'applicazione può ridurre notevolmente le prestazioni per un'altra, a seconda delle condizioni di illuminazione, della distanza, delle dimensioni di ciò che deve essere ripreso e di una varietà di altri fattori. 

Le lenti prendono la luce riflessa dall'oggetto o dall'area di interesse e la mettono a fuoco sul sensore della fotocamera. Un oggetto è a fuoco quando un punto luminoso sull'oggetto è l'area più piccola possibile sul sensore della fotocamera, idealmente un punto. 

Lenti diverse hanno punti di forza diversi e piegano la luce in quantità diverse in base alla loro forma e indice di rifrazione. Ciò influisce sulla lunghezza focale, la distanza tra l'obiettivo e il sensore di immagine quando l'oggetto è a fuoco. La scelta della lente implica compromessi tra distanza operativa, campo visivo, dimensione e risoluzione del sensore della fotocamera. 

Quando il lavoro cambia, anche le lenti devono cambiare

Se il campo visivo e la distanza di lavoro richiesti in un'applicazione sono costanti, la soluzione migliore è una telecamera con una lunghezza focale fissa. Ma nella maggior parte delle applicazioni, una o entrambe possono variare, a volte in modo continuo, a volte in passaggi discreti. Quando lo fanno, la nitidezza di messa a fuoco deve cambiare, altrimenti l'immagine sarà degradata in modo inaccettabile. 

Cambiare la nitidezza di messa a fuoco è un problema di vecchia data nella visione industriale. In passato, le soluzioni a questo problema includevano lo spostamento fisico delle lenti per modificare la lunghezza focale e quindi il campo visivo e il punto focale. Un'altra soluzione consiste semplicemente nel passare da una lente a un'altra con una lunghezza focale diversa. 

Recentemente, la tecnologia di messa a fuoco automatica che utilizza lenti liquide che ne modificano la curvatura ha aumentato la funzionalità delle singole fotocamere eliminando molte meccaniche complesse, trasformando un'ampia gamma di applicazioni industriali e di altro tipo.

Cos'è la tecnologia di messa a fuoco automatica e perché è utile?

Le fotocamere possono utilizzare diversi metodi per trovare il punto di messa a fuoco appropriato. I metodi passivi analizzano l'immagine target tramite vari tipi di algoritmi, inclusi il rilevamento di fase e il rilevamento del contrasto. I metodi attivi utilizzano un sensore esterno che misura la distanza dall'oggetto di interesse direttamente, tramite un laser o ultrasuoni. La scelta del metodo dipende da circostanze specifiche.

In risposta al segnale secondo il quale l'oggetto è fuori fuoco o la distanza da esso è cambiata, la lente della fotocamera cambia la sua lunghezza focale fino a quando l'oggetto non è di nuovo a fuoco. 

La messa a fuoco automatica funziona sicuramente nelle fotocamere personali e nei telefoni cellulari ed è ampiamente utilizzata nella visione industriale. Ma c'è stato a lungo il desiderio di un modo più semplice e flessibile per cambiare la nitidezza di messa a fuoco, e ora c'è: lenti liquide, che possono cambiare la loro forma, e quindi la loro capacità di piegatura leggera.

Come funzionano le lenti liquide?

Le lenti liquide sono cellule indipendenti di olio di qualità ottica che si modellano in lenti precise attraverso un effetto chiamato elettroerosione, cambiando la curvatura in modi prevedibili se sottoposte a una corrente elettrica. Tale cambiamento di curvatura, che modifica la lunghezza focale e la distanza operativa, avviene in millisecondi, così come il ritorno alla forma originale, non caricata. 

Diagramma di spiegazione della lente liquida

Come una lente ottica tradizionale, una lente liquida è un singolo elemento ottico e, come una lente ottica, è tipicamente parte di un assieme multielemento, piuttosto che usata da sola. Una singola lente da sola produce un'immagine con vari difetti, chiamati aberrazioni, quali la nitidezza di messa a fuoco diversa in diversi punti sulla lente, margini di colore e varie distorsioni. I progettisti ottici utilizzano uno o più obiettivi aggiuntivi per contrastare questi problemi ottici, a seconda delle applicazioni specifiche. A seconda dell'applicazione, la lente liquida viene posizionata in diversi punti della pila di lenti.

Quali sono i vantaggi delle lenti liquide?

La messa a fuoco automatica è la chiave per un lettore di codici a barre a gestione di immagini in grado di adattarsi istantaneamente agli oggetti a distanze variabili, diversi tipi di oggetti e requisiti per modificare il campo visivo. Le lenti liquide sono di gran lunga superiori a qualsiasi altro metodo in termini di velocità e facilità d'uso.

Le lenti liquide sono anche significativamente più piccole e leggere delle lenti meccaniche con specifiche equivalenti. L'eliminazione dei meccanismi di nitidezza di messa a fuoco e la necessità di spostare fisicamente le lenti per cambiare la nitidezza di messa a fuoco, restringe la fotocamera e ne riduce il peso. Le fotocamere con lenti liquide possono essere utilizzate su una linea di fabbricazione con limiti di spazio e applicazioni di elaborazione di pacchi in cui una fotocamera convenzionale non sarebbe adatta.

Negli ambienti industriali, urti e vibrazioni possono ridurre in modo significativo la qualità dell'immagine, spesso richiedendo il riposizionamento o la ricalibrazione. Una lente liquida non ha parti meccaniche in movimento. Oltre a non subire usura, sono anche molto più resistenti agli urti e alle vibrazioni. Se un movimento mette fuori fuoco la lente, essa può rispondere immediatamente.

Le lenti durano molto più a lungo rispetto ai gruppi di lenti convenzionali. I sistemi di messa a fuoco meccanica, che includono motori e guide meccaniche, si usurano dopo circa 100.000 cicli, ma le lenti liquide, senza nessuna parte mobile, possono durare fino a 50 milioni di cicli.

Le lenti liquide sono completamente silenziose. Ciò potrebbe non essere significativo nelle applicazioni industriali, ma può essere un vantaggio se vengono utilizzate in ambienti clinici.

Usi specifici delle lenti liquide

Le lenti liquide con messa a fuoco automatica risolvono molti problemi sulle moderne linee ad alta velocità. Nella lettura di codici 2D, dove gli oggetti sono di varie dimensioni, con codici in vari orientamenti, la nitidezza di messa a fuoco può spostarsi rapidamente tra un pacchetto e il successivo.

Scansione variabile con lenti liquide

L'ispezione visiva dei circuiti stampati (PCB) può essere difficile a causa di piccole deformazioni nel PCB, che cambia il punto di messa a fuoco ottimale. Una lente liquida può rimettersi a fuoco ogni volta che è necessario per tenere sotto ispezione la parte appropriata del PCB. Le lenti liquide stanno trovando un utilizzo in una vasta gamma di applicazioni, tra cui telecamere laparoscopiche, veicoli aerei senza pilota e laser.

Le lenti liquide sono una tecnologia trasformativa

Le lenti liquide con messa a fuoco automatica rendono un lettore di codici a barre utile in una più ampia gamma di applicazioni, riducendo il numero di fotocamere che devono essere acquisite e aumentandone la durata. Per maggiori informazioni sulla tecnologia Cognex, scarica la Guida ai prodotti per lettori di codici a barre.

 

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