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Renforcement de la stabilité des objectifs d’imagerie

Renforcement de la stabilité des objectifs d’imagerie

Cette note correspond à la Section 5.3 du Guide de Ressources en Imagerie.

Les objectifs d’imagerie utilisés dans l’industrie dans les applications de vision industrielle ont des exigences particulières qui dépassent celles des objectifs d'imagerie standard. Les objectifs utilisés dans l'automatisation industrielle, la robotique et l'inspection industrielle doivent fonctionner dans des environnements spécifiques et exigeants, avec des vibrations, des chocs, des changements de température et des contaminants. C'est pourquoi de nouvelles catégories d'objectifs renforcés ont été conçues pour fonctionner spécifiquement dans une multitude de scénarios différents. Il existe trois types distincts de durcissement :

  1. Renforcement industriel
  2. Renforcement visant à protéger contre les intrusions
  3. Renforcement de la stabilité

Renforcement industriel

Les objectifs industriels renforcés sont conçus pour survivre aux vibrations et aux chocs sans s'abîmer ni changer de mise au point ou de f/#. Pour y parvenir, la flexibilité est sacrifiée en éliminant les pièces mobiles. Un objectif standard à distance focale fixe utilise un mécanisme de mise au point et un iris composé de fines feuilles et de crans à bille pour régler le f/# qui peut se déplacer sous l'effet des chocs et des vibrations. Dans les objectifs industriels renforcés, l'iris est enlevé et remplacé par un diaphragme d’ouverture fixe et le mécanisme de mise au point, qui consiste généralement en un mécanisme de mise au point d'un barillet fileté dans un autre barillet fileté, est remplacé par un mécanisme de verrouillage rigide et à filetage unique.

Un objectif standard à la mécanique complexe et un iris réglable contre un objectif industriel robuste à la mécanique simplifiée.
Un objectif standard à la mécanique complexe et un iris réglable contre un objectif industriel robuste à la mécanique simplifiée.
Figure 1 : Un objectif standard à la mécanique complexe et un iris réglable contre un objectif industriel robuste à la mécanique simplifiée.

Le renforcement industriel est idéal pour les applications où le système sera mis en place une seule fois et ne sera pas modifié. Ce type d'objectif présente également un avantage supplémentaire en termes de coûts, grâce à la suppression des mouvements et des réglages complexes, ce qui permet de réduire considérablement les pièces et de réaliser des économies. Il existe d'autres applications pour le renforcement industriel, telles que les environnements d'usine à fortes vibrations, les situations où la caméra est rapidement accélérée, les systèmes d'inspection où de nombreuses configurations de caméra similaires sont répétées, et la vision robotique.

Renforcement visant à protéger contre les intrusions

Le renforcement visant à protéger contre les intrusions assure l'étanchéité de l'ensemble de l’objectif à l'aide de joints toriques et de silicone RTV pour empêcher l'humidité et les débris de pénétrer dans l'objectif. Cette protection est généralement ajoutée à un objectif industriel renforcé car le scellement d'un mécanisme de mise au point et d'un iris réglables serait problématique. Ces objectifs sont utilisés dans des environnements caractérisés par une forte humidité, des éclaboussures, de la poussière ou de petites particules, et lorsqu'il n'y a pas d'espace pour enfermer complètement l'objectif et la caméra.

Un objectif renforcé avec protection contre les intrusions, doté d'un joint torique pour être étanche aux contaminants.
Figure 2 : Un objectif renforcé avec protection contre les intrusions, doté d'un joint torique pour être étanche aux contaminants.

Renforcement de la stabilité

Comme pour les objectifs industriels renforcés, le renforcement de la stabilité protège l'objectif contre les dommages, mais garantit également le maintien du pointage et du positionnement optique après un choc ou une vibration. En plus de remplacer l'iris et un mécanisme de mise au point simplifié, les éléments individuels des objectifs sont collés en place pour les empêcher de bouger à l'intérieur du boîtier. La Figure 3 montre un objectif à stabilité renforcée dans laquelle les éléments de l’objectif sont collés en place et un verrou de serrage est utilisé pour simplifier la mise au point.

Objectif à stabilité renforcée avec tous les éléments d'objectif individuels collés en place.
Figure 3 : Objectif à stabilité renforcée avec tous les éléments d'objectif individuels collés en place.

Les éléments de l’objectif sont placés dans l'alésage intérieur du barillet d'un assemblage d'imagerie. L'espace entre le diamètre extérieur de la lentille et le diamètre intérieur du barillet est généralement inférieur à 50 µm. Malgré cet espace minimal, des décentrages, l'ordre de quelques dizaines de µm, sont suffisants pour affecter de manière significative le pointage de l’objectifs. Lors de l'utilisation d'un objectif à stabilité renforcée, si le point d'un objet se trouve au centre du FOV et tombe sur le pixel central exact, il y tombera toujours même si l'objectif a été fortement vibré (Figure 4). Le renforcement de la stabilité est important dans les applications où le FOV doit être calibré, comme les équipements de mesure, la vision stéréo 3D, les objectifs utilisés pour la détection en robotique et les objectifs utilisés pour suivre la localisation des objets. Ces applications exigent souvent que le pointage optique soit stabilisé à des valeurs bien inférieures à un seul pixel.

Un système non perturbé où le réticule de l'objet est mis en correspondance avec le réticule de l'image (a) et un système perturbé où les lentilles sont décentrées dans le barillet et où la stabilité du pointage optique change (b). Le réticule de l'objet est placé à un endroit différent (jaune) sur l'image que sur l'image non perturbée (rouge). Cet exemple est très exagéré et les changements réels sont généralement de l'ordre d'un pixel ou moins.
Un système non perturbé où le réticule de l'objet est mis en correspondance avec le réticule de l'image (a) et un système perturbé où les lentilles sont décentrées dans le barillet et où la stabilité du pointage optique change (b). Le réticule de l'objet est placé à un endroit différent (jaune) sur l'image que sur l'image non perturbée (rouge). Cet exemple est très exagéré et les changements réels sont généralement de l'ordre d'un pixel ou moins.
Figure 4 : Un système non perturbé où le réticule de l'objet est mis en correspondance avec le réticule de l'image (a) et un système perturbé où les lentilles sont décentrées dans le barillet et où la stabilité du pointage optique change (b). Le réticule de l'objet est placé à un endroit différent (jaune) sur l'image que sur l'image non perturbée (rouge). Cet exemple est très exagéré et les changements réels sont généralement de l'ordre d'un pixel ou moins.
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