Wichtige Erkenntnisse
Die Optik der industriellen Bildverarbeitung weist einzigartige, charakteristische Merkmale auf, wie zum Beispiel:
- Das Sichtfeld bestimmt den sichtbaren Bereich und die Vergrößerung
- Der Arbeitsabstand beeinflusst die Flexibilität der Objektivplatzierung
- Die Auflösung stellt sicher, dass Bilder mit kleinen Merkmalen klar sichtbar sind
- Die Tiefenschärfe hält den Fokus über die Objekttiefen hinweg aufrecht
- Die Sensorgröße und die Vergrößerung beeinflussen die Bildklarheit und die Objektivwahl
Die Bildverarbeitungstechnologie ermöglicht es Maschinen, ihre Umgebung mithilfe von Kameras, Sensoren und Software zu „sehen“ und zu „verstehen“. Maschinen können Dinge genauso inspizieren und bewerten wie das menschliche Auge – nur schneller und mit viel größerer Genauigkeit. Diese Technologie wird verwendet, um Prüfungen, Messungen und Entscheidungen in der Fertigung schnell und genau zu automatisieren. Die Wahl der richtigen Optik kann den entscheidenden Unterschied für qualitativ hochwertige Ergebnisse ausmachen.
Wenn Sie mit der Bildverarbeitung arbeiten, fragen Sie sich vielleicht: Wie wirken sich verschiedene Objektive auf die Prüfung und Fehlererkennung aus? Müssen Sie in hochwertige Objektive für eine hohe Auflösung investieren, oder kann eine kostengünstige Option den Job erledigen? Die Optimierung Ihres Systems beginnt mit dem Verständnis von sechs Schlüsselfaktoren, die sich direkt auf die Bildqualität auswirken.
1. Sichtfeld (FOV): Wie viel kann eine Kamera auf einmal sehen
Das Sichtfeld (FOV) wird durch das Verhältnis zwischen dem Sensor der Kamera und dem gewählten Objektiv gemessen. Die Brennweite eines Objektivs, gemessen in Millimetern, bestimmt ihr Winkel-Sichtfeld, gemessen in Grad. Ein Objektiv mit einer längeren Brennweite bietet eine schmalere Ansicht, aber mehr Zoom (höhere Vergrößerung), während eine kürzere Brennweite eine breitere Ansicht, aber weniger Zoom bietet.
Zum Beispiel:
- Objektiv mit langer Brennweite: zoomt ein, um winzige Details auf einer Leiterplatte (PCB) zu inspizieren. Das Sichtfeld ist enger, aber Sie können kleine Komponenten, wie z. B. Lötverbindungen, im Detail erkennen.
- Kurze Brennweite: Erfasst eine gesamte Montagelinie auf einmal. Das Sichtfeld ist breiter und hilft dabei, mehrere Teile oder Produkte zu sehen, die durch die Produktion laufen.
2. Arbeitsabstand: Der Raum zwischen der Vorderseite des Objektivs und dem Objekt
Der Arbeitsabstand wird maßgeblich von den Anforderungen Ihrer Anwendung beeinflusst: Arbeiten Sie in beengten Räumen, in denen das Bildverarbeitungssystem in der Nähe des Bauteils montiert werden muss? Oder haben Sie mehr Flexibilität, wie z. B. die Prüfung großer Automobilkomponenten auf einer Produktionslinie? Diese Faktoren können bei der Auswahl des Objektivs helfen, um den Prüfungsprozess zu optimieren.
Arbeitsabstand zwischen der Vorderseite der Objektiv und dem zu prüfenden Teil.
3. Auflösung: Die Fähigkeit des Bildgebungssystems, feine Merkmale aufzunehmen
Bildsensoren bestehen aus Pixeln, wobei jedes Pixel eine bestimmte Größe in Mikrometern darstellt. Eine höhere Pixelanzahl führt zu einer größeren Auflösung, was eine präzisere Bildgebung ermöglicht. Bei kleineren Objekten ist eine höhere Auflösung notwendig, um bei der Prüfung komplizierte Details erfassen zu können. Wenn Sie einen Sensor auswählen, stellen Sie sicher, dass dessen Auflösung mit der Größe und Komplexität der Teile übereinstimmt, die Sie inspizieren.
Die Auflösung ist die Fähigkeit, ein Objekt oder Merkmalsdetail zu reproduzieren.
4. Tiefenschärfe: Der Bereich, in dem Objekte scharf und in Fokus bleiben.
Die Tiefenschärfe (DOF) stellt sicher, dass Objekte in unterschiedlichen Entfernungen von der Kamera sichtbar bleiben – und spielt in vielen Anwendungen eine wichtige Rolle. Beispielsweise ist in einer Logistikumgebung mit Barcode-Lesegeräten eine große Schärfentiefe erforderlich. Dies liegt daran, dass Objekte innerhalb des Sichtfelds unterschiedliche Größen und Maßstäbe haben können, wodurch Barcodes in unterschiedlichen Arbeitsabständen relativ zum Brennpunkt des Objektivs stehen.
Die Schärfentiefe wird durch die Blende des Objektivs (f-Zahl oder f-Stopp) beeinflusst, die das Licht hereinlässt. Eine kleinere Öffnung (größere f-Zahl) lässt weniger Licht herein, erzeugt aber eine größere Schärfentiefe und hält mehr von der Szene scharf. Eine größere Öffnung (kleinere f-Zahl) lässt mehr Licht herein, schafft aber eine geringere Schärfentiefe – nur Objekte in bestimmten Entfernungen werden scharf sein.
Funktionsweise:
- Große Schärfentiefe: Beim Scannen von Produkten auf Regalen in einem Lager bleiben sowohl Vordergrund- als auch Hintergrundobjekte in Fokus, sodass das System Barcodes in unterschiedlichen Abständen lesen kann.
- Geringere Schärfentiefe: Bei der Prüfung kleinerer Teile auf einem Förderband fokussiert die Kamera auf das Teil selbst, während die Maschinen im Hintergrund unscharf sind.
Flache Tiefenschärfe
Größere Tiefenschärfe
5. Sensorgröße: Die Größe des aktiven Bereichs eines Kamerasensors, angegeben in der horizontalen Dimension.
Bildsensoren gibt es in vielen Größen, von 1 Zoll bis hin zu nur ¼ Zoll. Die Größe eines Sensors beeinflusst die Menge an Licht, die er erfassen kann, was sich auf die Bildqualität und die Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen auswirkt.
Im Einsatz:
- Größerer Sensor: Erfasst mehr Licht, verbessert die Bildschärfe und reduziert Rauschen, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen.
- Kleinerer Sensor: Kompaktes Design und höherer Fokus auf feinere Details, obwohl er weniger Licht einfängt.
Die horizontale Dimension eines Bildsensors kann zusammen mit Ihrem gewünschten Sichtfeld in Millimetern verwendet werden, um die notwendige Primärvergrößerung (PMAG) für Ihre Anwendung zu bestimmen.
Der Bildsensor in einer Bildverarbeitungskamera verwandelt reflektiertes Licht in ein digitales Bild.
6. Primäre Vergrößerung (PMAG): Das Verhältnis zwischen Sensorgröße und Sichtfeld
PMAG ist ein weiterer Schlüsselfaktor bei der Auswahl von Objektiven für die Bildverarbeitung. Sie wird durch die Brennweite des Objektivs, die Sensorgröße und das gewünschte Sichtfeld bestimmt, die alle das erforderliche Vergrößerungsniveau für das zu inspizierende Objekt beeinflussen.
Wenn Sie eine Leiterplatte inspizieren und einen winzigen Widerstand erfassen müssen, kann das richtige PMAG heranzoomen, um ihn deutlich zu sehen. Ein größerer Sensor bietet in der Regel eine bessere Klarheit, während das Sichtfeld bestimmt, wie viel von der Platine auf einmal sichtbar ist.
Verwenden Sie diese Gleichung, um PMAG zu berechnen:
Sensorgröße/Sichtfeld = PMAG
Beispielsweise wäre bei einem 10 mm großen Sensor und einem 50 mm großen Sichtfeld PMAG 0,2. Dies bedeutet, dass das Objekt auf das 0,2-fache seiner tatsächlichen Größe vergrößert wird. Es ist ratsam, sich über PMAG zu informieren, um das für Ihre Anwendung am besten geeignete Objektiv auszuwählen. PMAG beeinflusst auch die Tiefenschärfe und die Auflösung, einschließlich des Detail- und Fokusniveaus eines endgültigen Bildes, und bestimmt, wie viel von der Szene in Fokus bleibt und wie detailliert das endgültige Bild ist.
Dieses Bild erklärt, wie die PMAG (Primäre Vergrößerung) in einem Bildverarbeitung- oder Bildgebung berechnet wird. PMAG ist das Verhältnis der horizontalen Sensorgröße einer Kamera zum gewünschten horizontalen Sichtfeld (SICHTFELD).