[비파괴검사] Shearography용 렌즈 선택 및 특징(ndt 시험, Crack, Porosity)

 

목차

 

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재료나 물질을 표면 이상, 크랙(Crack), 다공(Porosity)에 대한 시험 장비인 Shearography에 대한 내용은 아래 링크를 참조 하시면 됩니다.

https://famtech.tistory.com/356

[비파괴검사] Laser Shearography란? 동작 방법(NDT)

 

 

 

 

 

Zoom and Varifocal 렌즈

 

 

줌 렌즈와 가변 초점 렌즈는 센서와 대상 사이의 거리를 변경하지 않고도 시야 범위(공간 해상도)를 조정할 수 있습니다. 이는 특히 다양한 크기 또는 거리에 있는 대상을 촬영할 때, 빠르고 쉽게 최적의 공간 해상도(mm/px)를 설정할 수 있게 해줍니다. 여기서 공간 해상도란 이미지 한 픽셀이 실제로 얼마나 많은 물리적 공간을 대표하는지를 의미합니다.

 

그러나, 줌 렌즈나 가변 초점 렌즈를 사용하는 것은 고정 초점 렌즈에 비해 일반적으로 더 높은 광 손실을 초래합니다. 이는 렌즈를 조정하면서 생기는 여러 광학적 경로 변경으로 인해 발생할 수 있습니다. 더 높은 광 손실은 센서에 도달하는 빛의 양이 줄어들어 이미지의 밝기나 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

 

이러한 이유로, 고정 초점 렌즈도 선택적으로 제공되며, 특히 자동화된 테스트 설정에서 권장됩니다. 고정 초점 렌즈는 한 번 설정하면 초점 거리가 고정되어 있어, 같은 거리에서 반복 측정을 할 때 일관된 결과를 얻을 수 있습니다. 또한, 고정 초점 렌즈에서는 초점과 조리개를 잠글 수 있어, 설정이 변경되지 않도록 할 수 있습니다. 이는 자동화된 환경에서 렌즈 설정의 실수나 변동을 방지하여 더 안정적인 이미지 획득을 가능하게 합니다.

 

 

 

 

줌 렌즈와 레이저 다이오드 용 최대 시야각(Max Viewing Angle)

 

출처: https://www.digitalcameraworld.com/tutorials/photography-cheat-sheet-what-is-field-of-view-fov

 

 

초점 거리(Focal Length)와 레이저 다이오드 배열, 그리고 조명 빔 확장과의 결합에 관하여 설명 드리겠습니다.

10mm 초점 거리는 5Mpx 센서 버전에 대해 대상에서 렌즈까지의 거리(작업 거리)와 비슷한 시야 폭(field of view width)에 해당합니다. 이는 대상을 넓게 촬영할 수 있게 해주며, 작업 거리를 유지하면서도 넓은 영역을 포착할 수 있습니다.

 

더 큰 센서 버전의 경우, 동등한 초점 거리는 약 16~17mm에 해당합니다. 이는 더 큰 센서 사이즈를 고려하여 계산된 값으로, 넓은 시야각을 유지하는 데 필요한 조정된 초점 거리입니다.

 

레이저 다이오드는 확장된 타원형 빔 형태를 가집니다. 표준 버전은 고정된 확장 각도를 가지지만, 단일 레이저 다이오드의 광축은 한 축에서 조정될 수 있고, 전체 배열은 다른 축에서 조정될 수 있습니다. 이는 레이저 빔을 원하는 방향으로 정밀하게 조정할 수 있게 해주어, 특정 작업 조건에 맞게 빛의 분포를 최적화할 수 있습니다.

 

두 개의 LDA-5-100 레이저 다이오드 배열은 SE4에 사용될 때 권장되는 최소 초점 렌즈, 즉 5Mpx에 대한 10mm 초점 거리와 더 큰 해상도에 대한 약 16~17mm 초점 거리에 대해 일반적으로 충분합니다. 이는 SE4가 다양한 해상도에서 효율적으로 작동할 수 있도록 보장하며, 사용자가 필요에 따라 초점 거리를 선택하여 시야 범위와 해상도를 조정할 수 있게 합니다.

 

 

 

 

 

Small FOV configuration

 

출처: https://avantierinc.com/resources/knowledge-center/understanding-field-of-view-fov-and-angular-field-of-view-afov-in-camera-lenses/

 

 

 

"FOV(Field of View)"는 카메라 또는 센서가 한 번에 볼 수 있는 영역을 의미합니다.

 

줌 렌즈를 사용하면 더 긴 초점 거리로 변경할 때 센서를 물체에 더 가까이 이동시키지 않고도 더 많은 세부사항을 높은 공간 해상도(mm/px)로 볼 수 있습니다. 즉, 줌 렌즈를 사용하면 물체에 대한 더 세밀한 관찰이 가능하며, 이는 특히 공간 해상도가 중요한 응용 분야에서 유용합니다.

 

그러나 절대 배율과 해상도는 MOD(minimum object distance)에 의해 제한됩니다. MOD는 센서가 물체로부터 가질 수 있는 최소 거리를 의미하며, 이 거리 내에서는 물체를 정확하게 초점 맞추거나 이미지화할 수 없습니다. 전통적인 NDT(비파괴 검사) 응용 프로그램에서는 일반적으로 제공되는 MOD가 충분하지만, 매우 작은 시야 범위와 매우 높은 공간 해상도가 필요한 경우에는 더 긴 작업 거리와 따라서 더 큰 초점 거리가 필요합니다.

 

특정 응용 프로그램에서 대략 1:1의 배율(즉, 이미지와 실제 물체 크기가 거의 동일하게 표시되는 경우)이 필요할 때, SE4의 5Mpx 및 12Mpx 센서용으로 설계된 모듈형 Rodagon 렌즈 시스템을 권장합니다. 이 렌즈 시스템은 80mm, 105mm, 135mm 등 다양한 초점 거리를 제공하여 다양한 작업 거리와 배율 요구사항을 충족시킬 수 있습니다.

 

1:1 배율은 매크로 사진촬영에서 자주 사용되는 용어로, 물체가 센서(또는 필름) 상에 실제 크기와 동일하게 표현되는 경우를 말합니다. 이러한 배율에서, 카메라 렌즈는 촬영 대상을 실제 크기와 정확히 같은 비율로 이미지 센서에 투영합니다. 예를 들어, 1cm 크기의 물체를 촬영할 때 이미지 센서 상에도 그 물체가 1cm로 표현되면 그 배율은 1:1입니다.

 

 

작은 FOV 설정은 높은 공간 해상도를 필요로 하는 세밀한 검사에서 매우 중요하며, MOD와 같은 요소를 고려하여 적절한 렌즈 선택이 필요합니다. Rodagon 렌즈 시스템 같은 모듈형 렌즈는 이러한 요구사항을 충족시키는데 유용한 옵션입니다.

 

 

 

Example for Magnification 1:1

• FOV for 12 Mpx: approx. 14 x 10 mm^2
• FOV for 5 Mpx : approx. 8 x 7 mm^2
• Free Working Distance (FWD): 250 mm
• Total Working Distance (TWD): 540mm.

 

4:3 종횡비를 가정하면 12Mpx의 가로 픽셀 수는 4000픽셀, 세로 픽셀 수는 3000픽셀입니다.

이 센서에 대한 FOV가 14mm x 10mm일 때, mm/px 단위의 정밀도는 다음과 같습니다:

• 가로 방향 정밀도: 약 0.0035 mm/px
• 세로 방향 정밀도: 약 0.0033 mm/px

 

 

 

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 교육 프로그램, 측정/분석 용역, 장비를 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

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