openpnp - 相机模组调焦时,图像中心轴(光轴)的角度会发生轻微变化

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openpnp - 相机模组调焦时,图像中心轴(光轴)的角度会发生轻微变化

概述

将N1上的吸嘴移动到底部相机十字中,从Z零件位置向PCB高度落下,发现吸嘴的位置逐步偏离相机十字中心。最终落到PCB高度时,会向左偏移1.6mm.

开始以为是机械部分的问题,于是重新对X,Y,Z的机械部分用千分表打表,确定机械部分是没问题的。

那么就开始怀疑是底部相机装的不垂直。我的底部相机在一个鼠笼中(openpnp - 底部相机支架的制作),理论上垂直度应该是很好的,重新装配了底部相机,确定底部相机也是垂直的。

再测试,问题依旧。

那么就开始怀疑是相机模组镜头旋转时,光轴会偏心了。

相机模组用的是M12微距镜头,因为机械结构的限制,镜头肯定不能在镜头旋进离相机底板最近的地方,而是要向外旋转一些距离。

这样就会使镜头螺纹和座子螺纹的接触长度减少,从而降低镜头支撑的稳固性。

由于M12镜头的外壁和座子(用螺丝拧在相机模组PCB上),都有公差,镜头本身也有公差,当镜头旋转时,光轴发生偏移,也是一种正常的现象。

在相机模组调焦过程中,图像中心轴发生偏移的现象通常被称为 "光轴偏移"(Optical Axis Shift) 或 "像主点位移"(Principal Point Shift)。这是由镜头机械结构、装配公差及光学设计特性导致的系统性误差.

但是经过测试,好像镜头光轴偏移时,在设备标定完成后,对自动换刀有影响(不太确定,仅仅是根据现象判断的)。好像是有补偿,导致N1吸嘴外套下落到吸嘴坞中的吸嘴中心后,向下落的过程中,X/Y坐标会不准。导致和吸嘴有接触(而不是空心的套住吸嘴, 随着换刀速度加大,吸嘴外套和吸嘴会有冲击),会影响换刀速度(为了减轻吸嘴外套和吸嘴的冲击,只能降低换刀速度)。

看了tb上的M12镜头,都没有提到光轴偏移这个指标。

那么就不能通过更换M12镜头来解决这个问题。

笔记

既然设备的机械轴角度没问题,底部相机模组的安装角度也没问题,也不能更换更精密的M12微距镜头, 那么只能调整底部相机鼠笼的安装角度了。

从现象看,从吸嘴从Z零点落下到PCB高度,吸嘴向底部相机十字的左边移动了1.3~1.6mm. 吸嘴在相机中,左边图像少,右边图像多,从底部相机中看,好像是N1向左倾斜了2.2度的样子。

那么,只要在相机鼠笼和工作平面的接触面上,在相机鼠笼左边用垫片垫高,就可以让已经调焦完成的相机光轴,向右偏转,从而和实际的N1轴重合。当调整完成后,N1从Z零点落下到PCB高度时,始终在相机十字中心,大概偏移不到0.1mm.

这是个折衷方法,也是没有更优办法的办法。如果发现了问题,总是有解决方法,区别只是问题解决的是否优雅。能优雅最好,不能优雅,能解决问题也行。

最后,在左边的2个螺丝下,加了大约2.6mm高度的垫片,有大约2度的角度,惊人啊。


尝试手工重新调焦

想确认一下,是否手工调焦时,焦距的变化会引起相机镜头光轴角度的变化(偏斜)?

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case1 :向下(顺时针转了)120下(一下大概3度),将M12镜头已经下降到离相机PCB板最低的高度了,已经转不动了。说明相机已经到了座子螺纹的底部。
此时,相机中的东西,没有能看清的。好像将吸嘴向镜头方向落下,是能看清的趋势。但是落到10mm, 也看不清。

case 2:将M12镜头逆时针转10下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清
case 3:将M12镜头逆时针转20下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清
case 4:将M12镜头逆时针转30下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清
case 5:将M12镜头逆时针转40下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清
case 6:将M12镜头逆时针转50下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清
case 7:将M12镜头逆时针转60下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清
case 8:将M12镜头逆时针转70下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清,但是有点能看到吸嘴分为3个颜色层次了
case 9:将M12镜头逆时针转80下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清,但是有点能看到吸嘴分为3个颜色层次了
case 10:将M12镜头逆时针转90下,将N1落到最低(-42mm),啥也看不清,但是有点能看到吸嘴分为3个颜色层次了
case 11:将M12镜头逆时针转100下,在Z0位置,已经可以看清28电机L型支架了,但是吸嘴看不清.落到-42mm, 还是看不清吸嘴内壁
case 12:将M12镜头逆时针转110下,在Z0位置,已经可以看清吸嘴反光板了,但是吸嘴看不清.落到-42mm, 还是看不清吸嘴内壁。将N1移动到+20mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 13:将M12镜头逆时针转112下,在Z0位置,已经可以看清吸嘴反光板了,吸嘴内壁的黑洞模糊。往下落,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到+14~20mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 14:将M12镜头逆时针转114下,在Z0位置,基本可以分辨出吸嘴内壁,吸嘴内壁的黑洞模糊。往下落,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到+6~8mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 15:将M12镜头逆时针转116下,在Z0位置,基本可以分辨出吸嘴内壁,吸嘴内壁的黑洞模糊。往下落,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到+5mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 16:将M12镜头逆时针转118下,在Z0位置,基本可以分辨出吸嘴内壁,吸嘴内壁的黑洞模糊。往上抬,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到-1mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 17:将M12镜头逆时针转120下,在Z0位置,基本可以分辨出吸嘴内壁,吸嘴内壁的黑洞模糊。往上抬,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到-4mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 18:将M12镜头逆时针转122下,在Z0位置,基本可以分辨出吸嘴内壁,吸嘴内壁的黑洞模糊。往上抬,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到-6mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 19:将M12镜头逆时针转124下,在Z0位置,吸嘴内壁的黑洞模糊。往上抬,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到-10mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 20:将M12镜头逆时针转126下,在Z0位置,吸嘴内壁的黑洞模糊,有点分辨不清了。往上抬,吸嘴内壁模糊了。将N1移动到-14mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 21:将M12镜头逆时针转128下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-15mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 22:将M12镜头逆时针转130下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-18mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 23:将M12镜头逆时针转132下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-19mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 24:将M12镜头逆时针转134下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-21mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 25:将M12镜头逆时针转135下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-21mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 26:将M12镜头逆时针转136下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-22mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 27:将M12镜头逆时针转137下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-22mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 28:将M12镜头逆时针转138下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-22mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 29:将M12镜头逆时针转139下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-23mm, 可以看清吸嘴内壁了
case 30:将M12镜头逆时针转140下,在Z0位置,看不到吸嘴内部的黑洞了。将N1移动到-23mm, 可以看清吸嘴内壁了

对于相机模组配置的微距镜头来说,景深只有1mm(向下落吸嘴,一次1mm,清晰度有4个阶段,1能看清但是不清,2基本清晰,3更清晰了,4能看清但是不清)

根据自己的PCB高度,将PCB高度能看清的吸嘴内壁的相机焦距,控制在2和3阶段之间,即控制在1mm的景深范围内。

经过验证,光轴有轻微变化。应该是螺纹公差引起的光轴角度变化。

但是,能看出来,我这设备安装后,不加垫片时,相机模组光轴和N1的角度有偏差(向左偏2度),是由于相机M12镜头座子的公差引起的(座子的M12外螺纹的轴线和座子底部就不垂直)。因为座子是塑料的,相机模组也是廉价的。无法要求光轴和相机模组PCB垂直。

如果发现光轴和N1不重合,如果不是相机模组厂家,大概也就只能能用我这种方法(垫片)来使光轴和设备的Z轴重合吧。

对于底部相机,可以使用我这种方法来调整轴的重合度。

对于顶部相机,应该也是有这种相机模组的光轴倾斜的情况。但是由于顶部相机的Z高度是不变的,如果自己去测试,没有一个明显的指标来确认光轴是否有倾斜, 只能让openpnp标定后去做补偿吧。

备注

相机鼠笼在左边加了2.xmm的垫片后,虽然在底部相机十字中,看到相机模块光轴和N1重合了。但是,用openpnp确定底部相机位置时,不能通过。各种报错,每次报错都不相同。

这也说明了,如果相机安装时的(和设备的X/Y/Z轴)倾斜角度差太多了, openpnp校验时不能通过。

只能将垫片去掉,让openpnp去算底部相机光轴的倾斜角度了。

备注

将垫片拆了,再进行底部相机初级矫正也失败。

断电,底部相机/主板重新上电,用当前配置也失败。

断电,底部相机/主板重新上电,用上一个配置也失败。

比较了一下配置,好像是配置文件是旧版本的(我的第一个配置是旧的)。

将配置的备份都删了,从头做了一次,ok了。

等以后有机会,再试试加垫片后,是否能标定通过。

这次还是用不加垫片的版本。

END

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