Les objectifs pour environnements difficiles favorisent la croissance de l'automatisation

Les systèmes automatisés se sont répandus dans un grand nombre d'industries, devenant de plus en plus importants pour la vie moderne. Qu'il s'agisse d'équipements agricoles automatisés, de robots travaillant aux côtés des ouvriers de fabrication ou de drones, les systèmes de vision industrielle sont déployés dans de nouvelles applications en dehors des environnements traditionnels et contrôlés. Ces environnements sont souvent exposés à des conditions difficiles, notamment aux chocs et aux vibrations, aux projections d'eau, à l'humidité, aux contaminants et aux variations de température. Les objectifs de vision industrielle sont déjà plus robustes que leurs homologues prosommateurs, mais une robustesse supplémentaire peut s'avérer nécessaire pour les cas d'utilisation difficiles. Une nouvelle génération d’objectifs de vision industrielle a vu le jour pour répondre à ces conditions exigeantes, permettant aux systèmes automatisés de répondre à des exigences de haute performance tout en bravant tout ce que le monde leur impose.

Pourquoi un renforcement supplémentaire serait-il nécessaire ?

Les objectifs traditionnels de vision industrielle sont déjà conçus pour résister à l'usure qu’entraînent les environnements industriels. Ils peuvent être utilisés pendant une longue période sans se désagréger. Cependant, ils ne sont pas nécessairement conçus pour être placés dans des machines, chargés dans des camions, tomber sur le sol d'une usine et être utilisés dans des conditions où ils subissent des chocs, des vibrations ou des contaminants supplémentaires. Les environnements industriels peuvent être difficiles, mais ils sont souvent contrôlés, alors que d'autres environnements ne le sont pas.

Les objectifs de vision industrielle conventionnels comportent des iris à lamelles multiples pour le réglage de l'ouverture et des mécanismes de mise au point à double filetage qui rendent les objectifs flexibles et faciles à ajuster pour différents cas d'utilisation (Figure 1). Cependant, les chocs et les vibrations peuvent déplacer ces pièces mobiles et provoquer un décalage indésirable des pixels et une dégradation de la résolution. De l'eau et d'autres contaminants peuvent s'infiltrer dans l'assemblage de l'objectif, rendant l'objectif inutilisable et endommageant même le capteur de la caméra situé derrière l'objectif. En outre, les variations de température entraînent une dilatation ou une contraction des lentilles en verre et du boîtier métallique, ce qui modifie la position de la mise au point et nécessite une réfocalisation du système. Comme les progrès de l'automatisation permettent d'utiliser les systèmes de vision industrielle dans des environnements plus difficiles, tous ces problèmes peuvent diminuer les performances ou rendre les objectifs inutilisables. Par exemple, les équipements agricoles automatisés sont exposés aux chocs et aux vibrations dus aux déplacements sur des terrains accidentés, aux projections d'eau et à l'humidité de l'air, ainsi qu'aux variations de température dues aux changements de temps.

Figure 1 : Les pièces mobiles à l'intérieur d'un objectif de vision industrielle conventionnel peuvent se déplacer en raison des chocs et des vibrations dans des environnements difficiles, ce qui réduit les performances. Il est également possible que des contaminants indésirables s'infiltrent dans l'assemblage autour du mécanisme de mise au point.

Renforcement pour processus industriels : Minimiser la complexité des objectifs

La solution la plus simple est souvent la meilleure. Le renforcement pour processus industriels implique la simplification et la rationalisation de la mécanique des objectifs pour une conception plus légère et moins encombrante, ce qui rend ces objectifs idéaux pour l'instrumentation « set and forget » et l'intégration dans des applications OEM. Cela permet également d'éviter les changements de mise au point ou du nombre f en cas de chocs et de vibrations et de réduire le nombre de pièces mécaniques en mouvement. Les objectifs renforcés pour processus industriels sont donc plus rentables que les objectifs conventionnels. Des diaphragmes d’ouverture fixes remplacent les diaphragmes iris réglables à lamelles multiples. Les mécanismes de mise au point à filetage unique remplacent les mécanismes de mise au point encombrants à double filetage. Cependant, si les objectifs renforcés pour processus industriels sont plus économiques et mieux protégées contre les chocs et les vibrations que leurs homologues traditionnels, ils offrent moins de flexibilité dans l'ajustement des paramètres de l’objectif.

Figure 2 : Le renforcement pour processus industriels simplifie la mécanique de l'objectif, évite les changements de mise au point ou de f/# dus aux chocs et aux vibrations, et est idéal pour les objectifs d'imagerie conçus pour être « set and forget » dans les applications industrielles.

Renforcement de la stabilité : Protection maximale contre les chocs et les vibrations

Le renforcement de la stabilité s'appuie sur les fondements du renforcement pour processus industriels, avec davantage de caractéristiques de protection mis en place pour protéger l'objectif des chocs et des vibrations. Tous les éléments en verre à l'intérieur de l'assemblage sont collés en place pour maintenir la stabilité du pointage optique. Les chocs et les vibrations peuvent décentrer les éléments à l'intérieur d'un objectif conventionnel, entraînant un décalage de l'image sur différents pixels (Figure 3). Le fait de coller tous les éléments en place permet d'éviter ce décalage des pixels et de maintenir les performances dans les environnements difficiles.

OBJECTIFS D’IMAGERIE SÉRIE C STANDARDS

OBJECTIFS À STABILITÉ RENFORCÉE SÉRIE Cr

Figure 3 : Comparaison entre le décalage des pixels d'un objectif conventionnel dû aux chocs et aux vibrations (à gauche) et la stabilité de pointage améliorée d'un objectif à stabilité renforcée (à droite).

Renforcement par scellage : Assemblages étanches

La protection contre les infiltrations permet de sceller les objectifs afin d'empêcher l'eau ou les particules solides de pénétrer dans le boîtier. Les joints toriques assurent l'étanchéité des objectifs déjà renforcés sur le plan industriel, car les pièces mobiles des objectifs conventionnels compromettraient l'étanchéité. Les objectifs renforcés par scellage d'Edmund Optics® sont étanches et répondent aux normes de protection contre les intrusions de la Commission électrotechnique internationale (CEI) IPX7 et IPX9K. L'association de ces objectifs avec des caméras et un éclairage étanches (si nécessaire) protège l'ensemble du système d'imagerie.

Figure 4 : Les équipements automatisés fonctionnant à l'extérieur sont souvent exposés à l'eau, et la protection contre les infiltrations scelle les systèmes de vision industrielle afin que les contaminants ne puissent pas pénétrer dans les assemblages.

Renforcement par athermalisation : Gardez votre sang-froid quelle que soit la température

La dilatation et la contraction thermiques des éléments de lentille en verre et de leur boîtier métallique provoquent un décalage focal dans les objectifs de vision industrielle. Ce problème est particulièrement préjudiciable pour les applications aérospatiales ou tout autre système de vision industrielle exposé à des variations de température importantes. Il existe deux méthodes principales pour athermaliser les assemblages d’objectifs : l'athermalisation active et l'athermalisation passive. L'athermalisation active consiste à ajuster physiquement la position des éléments à l'intérieur du boîtier à l'aide d'une boucle de rétroaction et d'un moteur pour corriger le décalage focal thermique. L'athermalisation passive, quant à elle, s'appuie sur une conception mécanique intelligente et une sélection de matériaux pour maintenir les performances de l'objectif dans la plage spécifiée tout au long des variations de température, sans ajuster activement aucun élément. Des mesures sont prises dans la conception des objectifs passivement athermalisés pour minimiser les effets des changements thermiques. Les objectifs renforcés par athermalisation d'Edmund Optics sont athermalisés passivement pour des températures allant de -10°C à 50°C sans utiliser de types de verre exotiques ou coûteux (Figure 5). Cela permet de maintenir la température sur une large plage sans augmenter inutilement le coût ou la complexité du système.

Figure 5 : L'animation du haut montre le décalage focal introduit dans un objectif conventionnel en raison des variations de température, tandis que l'animation du bas montre comment les objectifs à athermaliséation passif restent dans leur spécification de résolution tout au long de ces changements thermiques.