Optik

Fehlerfreie Abbildung des Sichtbereichs

Auswahl der richtigen Optik

Die Auswahl eines geeigneten Objektivs ist essentiell: Es wird nicht das Prüfobjekt als solches in der Software erfasst und verarbeitet, sondern ein Videobild - das ein Abbild ist, was die Optik auf dem Sensor ablichtet und vom Kamerasensor "interpretiert" wird. Alle Komponenten, wie Beleuchtung, das Prüfobjekt, ein geeigneter Filter, der Kamerasensor und ganz besonders die Optik sind maßgeblich daran beteiligt, was zum Schluss als "Bild" auf dem Monitor zu sehen und auszuwerten ist.

Jedes Objektiv weist in der Praxis je nach Qualität verschieden starke optische Fehler auf, die dann in die Bildinformation mit eingehen. So sind zum Beispiel einige Prozent Verzeichnung (geometrischer Fehler in Tonnen- oder Kissenform) bei einer Standardoptik üblich. Daher werden die Messergebnisse um diese Fehlertoleranz schwanken, falls keine weiteren Software-seitigen Kalibrierungen erfolgen.

Typische Arten und Aufgaben von Objektiven

"Normale" Objektive

Entozentrische Standardoptiken (für den Normaleinsatz)

Objektive für Vermessungen

Telezentrische Messobjektive (für präzise Messaufgaben)

Objektive für spezielle Wellenlängen

Farbkorrigierte Objektive (bei farbigen Objekten und Farbanwendungen, aber auch beim Einsatz von nicht monochromatischem, weißen Licht), sowie IR- oder UV-Objektive

Für variable Vergrößerungen

Zoomobjektive (hauptsächlich im Laboreinsatz, motorisierte Zoom-Objektive in BV-Anwendungen sind selten sinnvoll anwendbar)

Betrachten kleinster Bildauschnitte

Makro-Objektive und Mikroskop-Optiken (für kleinste Bildausschnitte)

Auswahl der passenden Optik

Die Wahl der richtigen Optik ist entscheidend für die Leistung und Genauigkeit in der industriellen Bildverarbeitung. Sie bestimmt, wie gut Fehlermerkmale erkannt und analysiert werden können.

Hier sind die wichtigen Kriterien, die bei der Auswahl der Optik berücksichtigt werden müssen:

Wichtige Kriterien zur Optik-Auswahl

1. Größe des Prüfobjekts oder der zu erfassende Objektbereich

Die Dimensionen des Prüfobjekts oder des zu erfassenden Bereichs spielen eine zentrale Rolle bei der Optik-Auswahl. Je größer das Objekt oder der Bereich, desto weitwinkliger muss die optische Perspektive der Optik sein, um eine vollständige und präzise Abbildung zu gewährleisten. Alternativ kann auch der Arbeitsabstand angepasst werden.

2. Arbeitsabstand

Der Arbeitsabstand ist der Abstand zwischen dem Prüfobjekt und der Optik (und er kann auch einfach berechnet werden). Achtung: es muss zwischen "freiem Arbeitsabstand" und den berechneten Werten bis zur ersten optischen Hauptebene unterschieden werden.

3. Sensorgröße

Die Sensorgröße, definiert durch die Kamera, bestimmt die Abbildungsgröße und beeinflusst die Wahl der Optik. Größere Sensoren erfordern oft hochwertigere und größere Objektive, um die gesamte Fläche abzudecken und eine hohe Bildqualität zu gewährleisten.Vereinfacht gesagt, muss jetzt nur noch die richtige Brennweite für das Objektiv für einen bestimmten Arbeitsabstand berechnet werden und das Objektiv in der Lage sein, den Sensor formatfüllend zu belichten (genügend großer Bildkreis-Durchmesser).

4. Abstand Optik zum Sensor

Der Abstand zwischen der Optik und dem Sensor wird durch den Kamerahersteller definiert. Hier kommen verschiedene Standards wie C-Mount, CS-Mount oder F-Mount zum Einsatz, die unterschiedliche Auflagemaße haben.

Bei M42 etc. müssen gezielt Extension-Adapter/ Tuben berechnet werden.

5. Typ des Kamerasensors

Der Typ des Kamerasensors beeinflusst das benötigte Auflösungsvermögen der Optik. Wichtige Faktoren sind die Pixelgröße und sehr spezifische Details wie Mikrolinsen on Chip. Diese Details sind entscheidend, um eine hohe Bildqualität und präzise Fehlererkennung zu ermöglichen.

6. Sensor-Mount

Zuallererst muss die Optik an die vorhandene Kamera montierbar sein. Hier existieren verschiedene Anschluss-Typen, wie C-Mount, CS-Mount, S-Mount, F-Mount, M42 bis M72. Bis auf F-Mount (Nikon-Bajonett) sind alle Optiken in der Regel über ein Feingewinde einschraubbar.

7. Gewünschter optisches Prinzip

Der gewünschte optische Strahlengang kann entweder entozentrisch oder telezentrisch sein und erfordert eine andere Auslegung. Auch Makro-Objektive / Mikrospopiesysteme müssen gesondet ausgelegt werden.

8. Lichtstärke / min. Blendenzahl des Objektivs

Die Lichtstärke und die Blende des Objektivs bestimmen die Menge an Licht, die auf den Sensor trifft, sowie die Schärfentiefe des Bildes. Eine größere Blendenöffnung ermöglicht mehr Licht, was besonders in schlecht beleuchteten Umgebungen wichtig ist.

9. Wellenlänge des Lichts

Die Wellenlänge des Lichts, ob monochromatisch oder farbig, weißes Mischlicht, Tageslicht, IR oder UV, beeinflusst die Bildverarbeitung erheblich. Unterschiedliche Wellenlängen sind für verschiedene Materialien und Fehlermerkmale besser geeignet. Das Objektiv muss dann auch für die genutzen Wellenlängen geeignet sein.

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