Industrielle Kamerasysteme
Widerstandsfähige Asphären und Freiformen für hochwertige Objektive
Industrielle Kamerasysteme dienen dazu, Bilder zu erfassen, Prozessabläufe zu beobachten, generierte Daten an eine Softwareeinheit zu übertragen und gegebenenfalls zu speichern. Wichtigster Bestandteil ist das Objektiv. Dessen Aufgabe es ist, das von einem Objekt gestreute Licht durch eine Linse bzw. ein Linsensystem zu sammeln und ein Bild davon auf einem lichtempfindlichen Sensor zu fokussieren. Der Sensor wandelt das Lichtsignal in eine elektromagnetische Strahlung um und transformiert dessen Intensität und Frequenz in Daten. Die Daten werden von einer Softwareeinheit ausgewertet und für die jeweilige Prozessoptimierung bzw. -auswertung genutzt.
Vielfältige Anwendungen, hohe Anforderungen
Die Einsatzbereiche industrieller Kamerasysteme sind vielfältig und erstrecken sich über Bereiche wie z.B. Qualitätskontrolle, Robotik oder Pharmaindustrie. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an industrielle Kamerasysteme und die darin enthaltenen optischen Elemente. Sie müssen schwierigsten Bedingungen, wie z.B. hohen Temperaturen, Vibrationen und dauerhaften Einsatz standhalten. Dabei sollen sie stets reproduzierbare Ergebnisse liefern und ein hohes Maß an Zuverlässigkeit gewährleisten. Eine große Bedeutung kommt auch den Faktoren wie Dynamikbereich, Auflösungsvermögen oder Bildwiederholungsrate zu.
Das Objektiv als wichtigster Bestandteil des Systems
Industrielle Kamerasysteme beinhalten ein hochwertiges Objektiv, um die nötigen Informationen auf dem Sensor zu fokussieren. Die Wahl des richtigen Objektives hängt zum einen von der Messaufgabe und der Bildfeldgröße ab, zum anderen vom gewünschten Auflösungsvermögen. Industrielle Objektive gibt es in verschiedenen Ausführungen. Ein häufig genutztes Objektiv ist z.B. das entrozentrische Normalobjektiv, das über eine feste Brennweite verfügt. Es bildet gleichgroße Objekte in unterschiedlichen Entfernungen in unterschiedlicher Größe ab: in der Ferne kleiner und in der Nähe größer. Daher eignen sich Normalobjektive nicht für Anwendungen im Messbereich, jedoch lässt sich der zu erfassende Objektbereich durch die feste Brennweite sehr gut einstellen. Die Einsatzgebiete entrozentrischer Normalobjektive bilden z.B. Bestückungskontrollen oder das Lesen von Barcodes. Weiterhin gibt es Objektive, bei denen die Brennweiten durch eine manuelle bzw. motorische Zoom-Funktion in einem festen Bereich verstellt werden können, ebenso wie die Blende oder die Autofokus-Funktion. Diese Zoom-Objektive kommen bei stark wechselnden Abständen zum Einsatz.
Ein anderes, häufig genutztes Objektiv ist das telezentrische Objektiv. Dieses hat den besonderen Vorteil, dass betrachtete Objekte, die sich in unterschiedlichen Entfernungen befinden, gleiche Bildgröße aufweisen. Da die Hauptstrahlen im Objekt- und Bildraum parallel zur optischen Achse geführt werden, sind die auf der Bildebene abgebildeten Objekte unterschiedlicher Entfernung gleich groß. Dieser Vorteil kann für zu vermessende Objekte auf Förderbändern genutzt werden, falls diese z.B. nicht exakt positioniert sind. Telezentrische Objektive eignen sich besonders für anspruchsvollere optische Prüfverfahren.
Im Allgemeinen sind möglichst geringe Verzeichnungen und beste Abbildungseigenschaften wichtige Kriterien für funktionale Objektive industrieller Kamerasysteme. Die Basis hierfür bilden Linsen bzw. Linsensysteme. Hochwertige Asphären eignen sich z.B. durch die Kompensation geometrischer Verzeichnungen - wie z.B. sphärischer Aberrationen oder Bildfeldwölbung bei größeren Öffnungswinkeln -, sowie durch beste Abbildungseigenschaften für ein optimiertes Objektiv in Systemen. Objektive können auch durch sogenannte Freiformflächensysteme an Effektivität und Leistung gewinnen. Dem Miniaturisierungstrend folgend können mittels Freiformen beste optische Kontrollmöglichkeiten bei zeitgleich kompakter Baugröße erzielt werden.
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