在工業(yè)自動化和精密測量的發(fā)展歷程中，機器視覺系統(tǒng)逐漸成為不可或缺的質量控制手段。而作為這一系統(tǒng)的眼睛，工業(yè)鏡頭的選擇直接影響著整個視覺系統(tǒng)的性能。

隨著機器視覺系統(tǒng)在精密檢測領域的廣泛應用，普通工業(yè)鏡頭難以滿足檢測要求，為彌補普通鏡頭應用之不足，適應精密檢測需求，遠心鏡頭應運而生。

這種高端光學元件憑借其獨特的光學特性，正在改變工業(yè)精密檢測的面貌。

一、 機器視覺的瓶頸，遠心鏡頭的崛起

在工業(yè)視覺檢測中，我們常常會遇到這樣的困擾，當被測物體不在同一平面或存在厚度時，普通鏡頭產生的圖像會因視角變化而導致邊緣失真，測量結果自然不可靠。

這種視覺偏差在精密測量領域是完全無法接受的。

遠心鏡頭的出現(xiàn)正是為了解決這一痛點。它主要通過特殊的光學設計，在一定物距范圍內，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化。

這對于被測物不在同一物面上的情況至關重要。

遠心鏡頭憑借其高分辨率、超寬景深、超低畸變以及獨有的平行光設計等光學特性，為機器視覺精密檢測帶來了質的飛躍，迅速成為高精度測量應用的首選方案。

二、 光學設計革新，遠心鏡頭的工作原理

遠心鏡頭與普通鏡頭的根本區(qū)別在于其獨特的光路設計。普通工業(yè)鏡頭目標物體越靠近鏡頭，所成的像就越大，這會導致測量誤差。

而遠心鏡頭通過精確控制光路，有效解決了這一問題，根據(jù)光路設計的不同，遠心鏡頭主要分為三類。

物方遠心鏡頭

物方遠心鏡頭將孔徑光闌放置在光學系統(tǒng)的像方焦平面上，使物方主光線平行于光軸。

這樣即使物距發(fā)生改變，像高并不會發(fā)生改變，測得的物體尺寸也不會變化。

像方遠心鏡頭

像方遠心鏡頭則是在物方焦平面上放置孔徑光闌，使像方主光線平行于光軸。這種設計使得即使CCD芯片的安裝位置有改變，在CCD芯片上投影成像大小也保持不變。

雙側遠心鏡頭

雙側遠心鏡頭綜合了物方和像方遠心的雙重優(yōu)勢。它在物方和像方均采用遠心設計，使得無論是物體距離的變化還是相機芯片位置的不確定性，都不會影響成像尺寸的準確性，特別適用于高精度測量場景。

這種平行光路設計的核心價值在于消除了透視誤差，使得遠心鏡頭在測量應用中表現(xiàn)出色。無論物體在景深范圍內如何移動，其成像大小都保持一致，這為精確測量提供了堅實基礎。

三、 精密測量保障，遠心鏡頭的核心優(yōu)勢

遠心鏡頭在工業(yè)測量中的應用價值主要體現(xiàn)在其一系列優(yōu)異的光學性能上。

近乎零失真度是遠心鏡頭的顯著特點之一。普通機器鏡頭通常有高于1~2%的畸變，可能嚴重影響測量時的精確水平。

而遠心鏡頭通過嚴格的加工制造和質量檢驗，將畸變誤差嚴格控制在0.1%以下，甚至高性能的可以達到無畸變，為精密測量提供了可靠保障。

無透視誤差是另一個關鍵優(yōu)勢。在計量學應用中進行精密線性測量時，經(jīng)常需要從物體標準正面觀測。

遠心鏡頭的入射光瞳位于無窮遠處，成像時只會接收平行光軸的主射線，從而完全避免了普通鏡頭存在的近大遠小問題。

放大倍數(shù)恒定的特性使遠心鏡頭在檢測有厚度或不在同一平面的物體時表現(xiàn)卓越。在一定物距范圍內移動物體時，成像不變，即放大倍率不變。

這一特性使得即使物體位置有微小變化，也不會影響測量結果。

高分辨率和超寬景深同樣是遠心鏡頭的價值所在。雙遠心鏡頭不僅能利用光圈與放大倍率增強自然景深，更有非遠心鏡頭無可比擬的光學效果。

這意味著它可以同時對不同平面的特征保持清晰成像，大大提高了檢測效率。

四、種類與應用場景，遠心鏡頭的實際價值

上文已經(jīng)提到遠心鏡頭根據(jù)其設計特點，主要分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙側遠心鏡頭三大類。而在工業(yè)視覺檢測中，一般只使用物方遠心鏡頭，偶爾也有使用兩側遠心鏡頭的，而像方遠心鏡頭在這個領域基本是不用的。

物方遠心鏡頭主要用于工業(yè)精密測量，其畸變極小。它能夠消除因物距變化導致的測量誤差，適用于物體位置不確定或存在輕微波動的檢測環(huán)境。

雙側遠心鏡頭作為高端選擇，綜合了物方和像方遠心的雙重優(yōu)點。它具有零畸變、無透視誤差的特點，特別適用于高精度檢測和測量的行業(yè)應用。雖然成本更高，但在要求極高的測量場景中無可替代。

在實際應用中，當遇到以下情況時，最好選用遠心鏡頭，當需要檢測有厚度的物體時，厚度大于1/10 FOV直徑，需要檢測不在同一平面的物體時，當不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少時。

還有當需要檢測帶孔徑、三維的物體時，當需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時，以及當缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。

五、 工業(yè)實踐，遠心鏡頭的典型應用案例

遠心鏡頭在工業(yè)領域的應用十分廣泛，尤其是在需要高精度測量的場景中表現(xiàn)出色。

在半導體芯片檢測領域，雙遠心鏡頭憑借其高精度、高穩(wěn)定性的成像系統(tǒng)，確保了產品的質量和可靠性。芯片檢測一般所需要的視野較小，且精度要求較高，普通FA鏡頭無法達到較高的精度。

這就需要鏡頭具備大景深，可以同時看到不同高度的清晰圖像，提高測量效率。

透明材料檢測是另一個典型應用。透明玻璃瓶材質易受外界環(huán)境光線干擾，容易出現(xiàn)遮擋或泛白的情況。

雙遠心鏡頭具有特殊光學設計，可以有效解決光線干擾現(xiàn)象，清晰準確地識別細小瑕疵，如劃痕、白點等。

在電子連接器檢測中，當從上面觀察時，普通微距鏡頭的中心部分無歪斜，但兩端位置發(fā)生歪斜，導致部分無法觀察。而使用遠心鏡頭時，中心部分及四周均無歪斜，可測量正確尺寸。

汽車零部件檢測同樣受益于雙遠心鏡頭技術。在汽車零部件的制造中，會涉及很多精確的光學檢測和測量應用。

雙遠心鏡頭可以在不同工作距離上，同時獲得清晰的視覺圖像，從而在不同距離上實現(xiàn)高精度光學測量，提高裝配和質檢的效率與準確性。

六、總結

回顧遠心鏡頭的發(fā)展歷程，從最初為糾正傳統(tǒng)鏡頭視差而設計，到如今成為精密光學測量的關鍵組件，其技術演進始終圍繞著工業(yè)界對精度不斷提升的需求。

正如摩爾定律推動半導體產業(yè)前進一樣，測量精度的要求也在持續(xù)提高，而遠心鏡頭正是這一進程中的重要推動力。

隨著工業(yè)4.0時代的到來，智能制造對質量控制提出了更高要求，遠心鏡頭的應用范圍必將進一步擴展。

從微小的半導體芯片到精密的汽車零部件，從透明的玻璃容器到復雜的電子連接器，遠心鏡頭正在各行各業(yè)中扮演著不可或缺的角色。