Beleuchtung und Objektive

Adaptive Beleuchtungen und Objektive für Machine Vision und optische Messtechnik

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Laut Alexander Stumpe, Produktmanager bei der SCHNEIDER Optische Werke, garantiert ein gutes Objektiv die kontrastreiche Abbildung der relevanten Information auf dem Sensor-Chip. Auflösung, Transmission und Verzeichnung sind wichtige Aspekte, die bei den Objektivauswahl zu berücksichtigen sind. „Auch die mechanischen Qualität eines Objektivs wie etwa Vibrationsfestigkeit müssen bedacht werden“, merkt Stumpe an.

Über ein spezielles Optik-Design wie beim Apo-Xenoplan 2.0/24 wird ein Shading wirkungsvoll verhindert (Bild: JOS. SCHNEIDER OPTISCHE WERKE)

Das Bad Kreuznacher Unternehmen hat beispielsweise ein Objektiv mit Mikrolinsen für 4-Megapixel-Kameras mit 1,3“-CCD-Bildsensor entwickelt, dessen spezielles Optik-Design ein Shading (Abschatten) auf dem Sensor verhindert. „Es bietet besonders in der Messtechnik Vorteile. Und bei seiner kurzen Brennweite von 24 mm ermöglicht es einen großen Erfassungsbereich bei kleinen Arbeitsabständen“, sagt Stumpe.

Wird ein ungeeignetes Objektiv eingesetzt, lässt sich gegebenenfalls die Leistung eines Sensors nicht vollständig nutzen oder es werden wichtige Details nicht auf dem Sensor abgebildet. Es können Abschattungen bzw. Verzerrungen entstehen. Und wohin falsch bewertete oder nicht erkannte Fehler in der Qualitätskontrolle einer Produktion führen können, muss sicher nicht näher erläutert werden. Entscheidend bei der Auswahl des passenden Objektivs sind ebenfalls die Umgebungsbedingungen einer Anwendung.

Jürgen Fahlbusch, International Sales Manager bei der CARL ZEISS AG bedauert, dass vielen Anwendern das Zusammenspiel von Kamera und Optik nicht ausreichend bekannt ist: „Der Optik wird wenig Beachtung geschenkt. Befindet sich die Bildverarbeitungsanwendung etwa in einer nur gering ausgeleuchteten Produktionshalle, dann lassen sich mit einem lichtstärkeren Objektiv bessere Messergebnisse erzielen, ohne in ein zusätzliches Beleuchtungssystem investieren zu müssen.“

Auch der Wellenlängenbereich muss passen. Die CARL ZEISS AG wird auf der VISION 2009 beispielsweise ihre ZF-IR-Objektive präsentieren, die auf Infrarotlicht optimiert sind. Sie haben eine spezielle Vergütungsschicht. Fahlbusch: „Das in Jahrzehnten bewährte Carl Zeiss-T*-Anti-Reflex-Coating wurde dazu verändert. Es konnte eine wesentlich höhere Transmission bis zu einer Wellenlänge von 1150 nm erreicht werden. Diese Objektive eignen sich besonders für Lumineszenzmessverfahren, die etwa zur Qualitätskontrolle in der Produktion von Solarzellen zum Einsatz kommen.“

Ultra-Weitwinkel-Objektive mit minimaler Verzeichnung

Auch muss sich der Anwender die Frage stellen, ob im gegebenen Fall der Einsatz eines speziellen Objektivs wie etwa Makro-, Telezentrie- oder Weitwinkelobjektiv sinnvoll wäre. Für gewöhnlich weisen Ultra-Weitwinkel-Optiken eine hohe Verzeichnung am Rand und geringe Auflösung an den Ecken des Bildes auf. Die Ingenieure von IB/E OPTICS haben sich diesem Mangel gewidmet und Ultra-Weitwinkel-Objektive (100°/130°) mit minimaler Verzeichnung entwickelt. Im Gegensatz zu Fisheye-Optiken lassen sich damit auch in Randbereichen des Objektfeldes Gegenstände erkennen und auswerten.

Zwei wesentliche Trends zeichnen sich bei Kameras ab: zum einen größere, hochauflösende Bildsensoren und zum anderen Bildsensoren mit kleineren Pixeln. Beide Lösungsansätze stellen heute und in der Zukunft noch eine große Herausforderung für die Optikhersteller dar, denn sie erzwingen extrem hochauflösende Objektive mit teilweise größerem Bildkreis. „Nur durch den Einsatz solcher Objektive kann der Vorteil des größeren Sensors auch genutzt werden“, sagt Fahlbusch, „ist die Auflösung des Objektivs geringer als die Pixelgröße, führt das zu einem Genauigkeitsverlust des Gesamtsystems, was unter Umständen das komplette Messsystem für die gegebene Anwendung unbrauchbar macht.“

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