TC-, MGTL-Serien

Features

  • Bild- und objektseitige Telezentrie
  • Geeignet für Kameras bis 12 MPixel
  • Modell-Varianten mit Anschluss für Koaxialbeleuchtung
  • Modell-Varianten mit variabler Blende
  • Sehr hohe Tiefenschärfe
  • Passende kollimierte telezentrische Beleuchtungen
  • Preiswerter und kompakter Plug-In-Optischer-Filter
  • Prüfprotokoll im Lieferumfang (Verzeichnung, Telezentrie, MTF)
  • Systemlösungen ‚on demand'
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FAQ

Hier finden Sie Antworten.

FAQ Telezentrie Allgemein

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Telezentrie Allgemein

Antwort auf/zuklappen Welche Informationen braucht man, um das richtige Objektiv auszuwählen?

1) Wie groß ist das Messfeld (F.O.V.) in X- und Y-Richtung

2) Welche "Form" hat das Messfeld: rechteckig; quadratisch; rund, elliptisch

3) Wie groß ist der Arbeitsabstand (W.D.)

4) Welches Mount hat der Sensor: C-, F- oder…

5) Wie groß ist der Sensor

6) Welche Sensorauflösung (Pixelanzahl in X- und Y-Richtung)

7) Wie groß ist das Pixel

8) Welche Blendenzahl (F#)

 

Gut zu wissen:

9) Gibt es eine Einschränkung bezüglich der Objektivbaugröße (Durchmesser/Höhe)

10) Welche optische Auflösung ist angefordert (MTF; Linienpaare/mm)

11) Wie groß ist die Tiefenschärfe

12) Wie groß darf die maximale Verzeichnung sein

13) Welche Beleuchtung wird benutzt (Farbe, Art, Größe)

Antwort auf/zuklappen Bedeutet Telezentrie, dass die "inneren" oder "äußeren" Objektwände vollständig verschwinden?

Nein, nicht vollständig. Selbst bei perfekt telezentrischen Objektiven treffen nur die Hälfte der Strahlen, die von den Rändern des Objekts kommen, tatsächlich auf den Detektor. Aus diesem Grund entsteht eine gewisse Unschärfe bei der Abbildung der inneren oder äußeren Objektkanten. Dieser Effekt kann mittels kollimierter Beleuchtungen reduziert oder sogar aufgehoben werden.

Antwort auf/zuklappen Ist die Bezeichnung "Telezentriebereich" sinnvoll?

Einige Telezentrie-Hersteller geben einen "Telezentriebereich" an, in dem der maximale Fehler innerhalb eines bestimmten Messbereichs einen angegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Dieser Parameter ist aus optischer Sicht etwas sinnlos und irreführend. Einfallende Strahlen weisen eine maximale Neigung auf, die von der Telezentrie des jeweiligen Objektivs abhängt.

OE garantiert, dass die gelieferten Objektive eine maximale telezentrische Neigung von 0,1° (1,7 mrad) haben. In der Regel haben diese Objektive in den Tests einen typischen Wert, der um die Hälfte kleiner ist (ca. 0,8 mrad). Das bedeutet, dass der maximale Fehler für eine Verschiebung von 1 mm weniger als 1 Mikrometer beträgt. Ein wesentlicher Vorteil bei OE ist, dass dieser Parameter tatsächlich mit spezifischen Prüfgeräten gemessen wird und die Telezentrie jedes Objektivs in einem Prüfprotokoll dokumentiert wird.

Antwort auf/zuklappen Wie wird ein großes telezentrisches Objektiv mechanisch montiert?

Große telezentrische Objektive, wie Objektive der Reihen TCxx120, TCxx144, TCxx192 und Tcxx240, haben einen großen Montageflansch, der den mechanischen Aufbau vereinfacht. Ist die Kamera auf das Objektiv montiert, kann die Detektorseite der Kamera auf das Sichtfeld (FOV) ausgerichtet werden. Dazu gibt es 3 Möglichkeiten:

  • ein Halteflansch mit elliptischen Bohrungen: Objektiv + Kamera werden durch Drehen des gesamten Aufbaus ausgerichtet und durch Einfügen von Schrauben in die Objektivflanschbohrungen arretiert.
  • ein Halteflansch, bei dem der Objektivflansch frei drehbar ist. Nachdem Kamera+Objektiv ausgerichtet sind, können beide Flansche zusammenbefestigt werden.
  • ein spezieller drehender C-Mount-Adapter kann auf Anfrage auf das Objektiv vormontiert werden. Wenn Kamera und Objektiv ausgerichtet sind, wird der Adapter durch drei radiale Stifte arretiert.
Antwort auf/zuklappen Wie wird das Auflagemaß (Back-Focal-Distance) korrigiert?

Alle gelieferten Objektive sind genau nach dem C-Mount-Standard (17,52 mm / Flansch-Detektor-Abstand) eingestellt. Falls die Kamera nicht das exakte Auflagemaß einhalten sollte, sind alle Objektive mit einem Zwischenringset ausgestattet, um das Auflagemaß zu korrigieren.

Zudem berücksichtigen viele Hersteller die Dicke des Schutzglases vor dem Detektor nicht. Selbst wenn dieses sehr dünn ist, bleibt es ein Teil des Auflagemaßes, das eingehalten werden muss.

Antwort auf/zuklappen Wie minimiert man das Spiel beim F-Mount-Adapter?

Wegen ihres elastischen Aufbaus durch vorgespannte Federn weisen Standard-F-Mount-Adapter ein Flankenspiel auf. Da F-Mount ein kommerzieller und kein industrieller Standard ist, gibt es keine genaue Definition der Federvorspannung oder der mechanischen Toleranzen. F-Mount-Adapter könnten problematisch sein, wenn das Objektiv schwer und das System Vibrationen ausgesetzt ist (selbstverständlich ist es nicht empfehlenswert, das Objektiv allein am Kamera-Adapter zu befestigen).

Gegenmaßnahmen:

  • Die Kamera soll neben dem Objektiv arretiert werden
  • Verschiedene Kamera-Adapter ausprobieren
  • Erhöhung der Vorspannung der Federn
Antwort auf/zuklappen Warum liefert OE kein telezentrisches Objektiv mit einer variablen Blende?

Unsere telezentrischen Objektive besitzen keine variable Blende. Auf Anfrage kann ein Objektiv mit einer definierten Blende ohne zusätzliche Kosten oder Verzögerungen geliefert werden. Die Gründe, weshalb unsere Objektive keine Irisblende haben, sind folgende:

  • Der Einbau einer Irisblende erhöht den Preis eines Objektivs. Diese Funktion wird im Normalfall nur ein- oder zweimal im Laufe des gesamten Produkt-Lebenszyklus benutzt
  • Durch die Irisblende verschlechtert sich die mechanische Präzision und die Genauigkeit der optischen Ausrichtung
  • Die Objektive können vor der Lieferung nicht mit der gleichen Blende getestet werden, die der Kunde verwendet
  • Die Position der Irisblende ist schlechter als bei einer Metallblende, wodurch sich wiederum die Telezentrie verschlechtert
  • Eine Irisblende ist vieleckig und nicht kreisförmig. Dies beeinflusst die Neigung der Hauptstrahlen über das gesamte Sichtfeld, was zu einer Verschlechterung der Verzeichnung und der Auflösung des Objektivs führt
  • Irisblenden können nicht so gut zentriert werden wie feste kreisförmige Blenden. Eine genaue Zentrierung ist wesentlich für eine gute Telezentrie des Objektivs
  • Nur eine kreisförmige feste Blende garantiert die gleiche Helligkeit für alle Objektive
  • Eine variable Irisblende ist in der Regel nicht flach, somit ist die Rasterposition ungenau, was bei telezentrischen Objektiven entscheidend ist
  • Eine Irisblende ist ein beweglicher Teil. Vibrationen können die Mechanik lockern oder die Blendenöffnung ändern
  • Die Einstellung der Irisblende kann versehentlich vom Benutzer verstellt und dadurch die Konfiguration des Systems geändert werden
  • Endnutzer bevorzugen weniger Optionen und Einstellungen in einem MV-System
  • Blenden, die kleiner als die standardmäßig mitgelieferten Blenden sind, bringen keinen weiteren Vorteil, weil die Auflösung aufgrund der Beugungsgrenze schlechter wird. Auf der anderen Seite würden größere Blenden die Schärfentiefe verringern

 

Die Standard-Blenden optimieren die Bildauflösung und die Schärfentiefe.

Antwort auf/zuklappen Warum liefert OE kein telezentrisches Objektiv mit einem Mechanismus zur Scharfeinstellung?

Wie bei einer Irisblende verursacht eine Mechanik zur Scharfeinstellung ein mechanisches Spiel in den beweglichen Teilen des Objektivs. Dies verschlechtert die Zentrierung des optischen Systems und verursacht eine zusätzliche Trapezverzerrung.


Eine weitere Verschlechterung betrifft die Radialverzeichnung. Die Verzeichnung eines telezentrischen Objektivs kann so klein gehalten werden, solange die Abstände zwischen den einzelnen optischen Komponenten genau feststehen; die Verschiebung eines Elements aus seiner Position würde die Verzeichnung vergrößern. Mit einer Mechanik zur Scharfeinstellung ist die Position der Linsen nicht exakt genug, um die Verzeichnung genau angeben zu können. Somit werden sie nicht mit den Angaben im Prüfprotokoll der Qualitätskontrolle übereinstimmen.

FAQ Telezentrie Objektive

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Telezentrie Optisch

Antwort auf/zuklappen Was ist der Unterschied zwischen MTF (Modulation Transfer Function) und CTF (Contrast Transfer Function)?

Während die CTF die Antwort des optischen Systems auf ein Rechteck-Signal ergibt, beschreibt hingegen die MTF die Antwort auf ein Sinus-Signal. Für die Einschätzung von Kantenschärfe in messtechnische Anwendungen ist die CTF besser geeignet. Die MTF wird üblicherweise in Graustufen von 0 bis 255 dargestellt; dies erschwert den Vergleich zwischen verschiedenen Objektiven.

Antwort auf/zuklappen Kann man die Objektive mit Detektoren benutzen, die kleine Pixelgrößen haben?

Viele Integratoren benutzen hochauflösende Kameras mit kleinen Pixeln ohne die effektive Leistung des Objektivs in Betracht zu ziehen. Die Auflösung eines Objektivs wird in der Regel durch die MTF (Modulationsübertragungsfunktion) wiedergegeben, die die Antwort auf ein Sinus-Signal beschreibt. Allerdings ist die CTF (Kontrastübertragungsfunktion) ein interessanterer Parameter. Sie zeigt den Kontrast anhand der Abbildung eines schwarz-weißen Streifenmusters und simuliert so das Verhalten einer Linse bei der Abbildung einer Objektkante. Wenn "t" die Breite eines weißen oder schwarzen Streifens im Objektraum ist, wird die zugehörige Ortsfrequenz "w" (in der Regel in Linienpaaren/mm ausgedrückt) wie folgt berechnet:
w = 1/2t

Für jeden Wert von w wird der Kontrast wie folgt berechnet:
CTF (w) = (Iw - Ib) / (Iw + Ib)
Wobei Iw und Ib die maximalen Helligkeiten (oder "Graustufen") für die jeweils weißen und schwarzen Streifen sind, die auf der Bildebene zu messen sind.

Die CTF ist durch die Beugung begrenzt. Diese Grenze nimmt mit steigender Blendenzahl ab: für eine vorgegebene Ortsfrequenz "w" steigt die CTF mit abnehmender effektiver Blendenzahl. Gleichzeitig wird die CTF auch durch den Wellenlängenbereich bedingt: je kürzer die Wellenlänge ist, desto höher die CTF. Wenn man die CTF als Funktion dieser Parameter darstellt, ergibt sich Folgendes:
CTF = CTF (w , WFN, Lambda)
mit
w = Ortsfrequenz in Linienpaaren/mm
WFN = effektive Blendenzahl
Lambda = Wellenlänge (in mm)

die "Grenzfrequenz" (cut-off frequency) wird als die Frequenz definiert, für die CTF = 0 gilt.
w = 1/( WFN * Lambda)

Zum Beispiel, ein Objektiv der TC-Serie mit der effektiven Blendenzahl 8 und im grünen Lichtspektrum (Lambda = 0,000587 mm) hat eine Grenzfrequenz von:
w0 = 1/(8 * 0,000587) = 213 lp/mm

was einer Pixelgröße von etwa 1 / (2 * 213) = 2,3 µm entspricht.

Theoretisch würde niemand ein Objektiv mit sehr niedrigem Kontrast (CTF) bei der Ortsfrequenz der Pixelgröße verwenden. Allerdings wirkt sich eine kleine Pixelgröße positiv auf die Reduzierung von Bildrauschen, die Ausprägung des Objektprofils im Bild und bei der Kantendetektion aus.

Pixelgrößen von 3,45µm (z. B. bei einer 5,5 MPixel-Kamera) haben eine Ortfrequenz von etwa 1/0, 00345 = 289 Linien/mm, ca. 150 Linienpaare/mm. OE Vis telezentrische Objektive weisen bis zu dieser Frequenz geringe Beugungseffekte auf und können somit mit diesem Detektortyp verwendet werden. Für noch kleinere Pixelgrößen hat OE die UV-telezentrischen Objektive konzipiert. Diese Objektive arbeiten im UV-Wellenlängenbereich (bei kürzeren Wellenlängen). Das erhöht die Beugungsgrenze und macht die Auflösung mit sehr kleinen Pixelgrößen kompatibel.

Antwort auf/zuklappen Was ist eine Verzeichnungskorrektur?

Telezentrische Objektive weisen eine kleine Verzeichnung auf, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen kann. Diese Verzeichnung gibt die prozentuale Abweichung der tatsächlichen von der idealen Bildhöhe an und kann durch ein Polynom zweiter Ordnung näherungsweise bestimmt werden. In einigen Fällen ist ein Polynom dritter Ordnung erforderlich, um eine perfekte Näherung der Verzeichnung zu bekommen.

Sei der radiale Abstand von der Bildmitte wie folgt definiert:
Ra = tatsächlicher Radius
Re = idealer Radius

Sei die Verzeichnung als Funktion von Ra definiert:
dist (Ra) = (Ra - Re)/Ra = c*Raˆ2 + b*Ra + a

a, b und c sind Konstanten, die den Verlauf der Verzeichnungskurve bestimmen.
Wobei "a" in der Regel gleich Null ist, weil die Verzeichnung in der Bildmitte in der Regel Null ist.

Neben der radialen Verzeichnung ist die Trapezverzerrung zu berücksichtigen. Dieser Effekt kann aufgrund der Fehlausrichtung zwischen optischen und mechanischen Komponenten als perspektivischer Fehler betrachtet werden. Die Folge davon ist die Umwandlung von parallelen Linien im Objektraum in konvergente (oder divergierende) Linien im Bildraum. Ein solcher Fehler, der auch als "keystone-" oder "thin prism-" Effekt bekannt ist, kann leicht durch bekannte Algorithmen korrigiert werden. Sie berechnen die Schnittpunkte der konvergenten Linienbündel.

Die Radial- und Trapezverzeichnung beruhen auf zwei völlig unterschiedlichen physikalischen Phänomenen. Demzufolge können sie mathematisch durch zwei voneinander unabhängige Funktionen in beliebiger Reihenfolge korrigiert werden.

Eine alternative (oder zusätzliche) Lösung besteht darin, beide Verzeichnungen gleichzeitig zu korrigieren. Das Bild eines Gittermusters wird aufgenommen, um den Verzeichnungsfehler und seine Orientierung Bereich für Bereich zu bestimmen. Das Ergebnis ist ein Vektorfeld, in dem jeder Vektor einem bestimmten Bildbereich zugeordnet wird. Jeder Vektor definiert die Korrektur, die auf die Messungen von x- und y-Koordinaten innerhalb des Bildbereichs anzuwenden ist.

Antwort auf/zuklappen Wie hängt die Blendenzahl mit der effektiven Blendenzahl und der numerischen Apertur zusammen?

Die numerische Apertur ist defeniert als:
N.A. = sin(Theta)
Wobei Theta die Hälfte des Öffnungswinkels ist

Die Blendenzahl (k) wird als Verhältnis der Brennweite der Linse (f) zur Apertur (D) definiert:
k = f/D

Sei Theta sehr klein, dann gilt:
k = 1 /(2 * N.A.)

Somit ist die numerische Apertur
N.A. = 1/(2 * k)

Hier gilt die numerische Apertur (und die Blendenzahl) sowohl bildseitig als auch objektseitig. Man verwendet gewöhnlich die Blendenzahl auf der Bildseite und N.A. auf der Objektseite.

Da das Objekt aber nicht im Unendlichen liegt, verliert die Blendenzahl ihre Bedeutung bei Makro- und telezentrischen Objektiven. Stattdessen sollte die effektive Blendenzahl verwendet werden. Mit dem Abbildungsmaßstab ß gilt:
keffektive = (1 + ß) * k

Somit ergibt sich:
N.A.objektseitig = ß * N.A.bildseitig>
und
keffektive, objektseitig = keffektive, bildseitig / ß.

Antwort auf/zuklappen Wie ist die Schärfentiefe bei den telezentrischen Objektiven zu berechnen?

Die Schärfentiefe der telezentrischen Objektive von OE wird in den Unterlagen und in der Produktbeschreibung angegeben. Für die meisten Objektive der TC-Serie entspricht bei der Blendenzahl 8 die angegebene Schärfentiefe dem ganzen Bereich.

Erfahrungsgemäß sollte die Schärfentiefe bei Messaufgaben größer sein als bei Fehlerinspektionen, wo der Bildkontrast so hoch wie möglich sein muss. In vielen Fällen bringt ein leicht defokussiertes Bild Vorteile für die Messgenauigkeit, obwohl der Bildkontrast schlechter erscheint. Aus diesem Grund weist unsere Dokumentation darauf hin, dass am Rand des angegebenen Schärfentiefenbereiches das Bild für die Messaufgaben noch ausgewertet werden kann. Um aber ein schärferes Bild zu erreichen, sollte nur die Hälfte der angegebenen Schärfentiefe verwendet werden.

Die Schärfentiefe ist ein Parameter, der schwer zu definieren ist. Sie hängt von der Vergrößerung, Blendenzahl, Wellenlänge, Pixelgröße und von der Empfindlichkeit des vom Kunden verwendeten Kantendetektions-Algorithmus ab. Aus diesem Grund gibt es KEINE objektive oder standardisierte Möglichkeit, Schärfentiefe zu definieren. Sie ist ein subjektiver Parameter. Eine einfache Faustregel für die schnelle Berechnung der Schärfentiefe sieht wie folgt aus:

Schärfentiefe = (keffektive * p * C) / (ß * ß)

wobei
ß = die Vergrößerung
keffektive = die effektive Blendenzahl
p = die Pixelgröße (in Mikron)
C = ein anwendungsspezifischer Parameter

Der C-Parameter hängt von der Anwendungsart ab. Bei telezentrischen Messanwendungen liegt der Parameter C bei etwa 0,015 und bei Fehlerinspektionen bei etwa 0,008. Wegen der beidseitigen Telezentrie ist die tatsächliche Schärfentiefe bei unseren Objektiven bei bestimmten Vergrößerungen und effektiven Blendenzahlen besser.

FAQ Telezentrie Beleuchtung

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Antwort auf/zuklappen

Telezentrie Beleuchtung

Antwort auf/zuklappen Sind die in der LT CL-Serie verwendeten Linsen die gleichen, die in kompatiblen telezentrischen Objektiven verwendet werden (z.B.: LT CL 120 im Vergleich zu TZ 12 120)?

Nein, es gibt Unterschiede zwischen telezentrischen Objektiven und Beleuchtungen, weil sie auf unterschiedliche Weise funktionieren (telezentrische Objektive nehmen "telezentrische Kegel" auf, während kollimierte Lichtquellen im Wesentlichen ein paralleles Strahlenbündel projizieren).

Antwort auf/zuklappen Wird die Schärfentiefe für die Produkte der LT CL-Serie angegeben?

Da LTCL Beleuchtungen nicht-bildgebende Komponenten sind, ist die Schärfentiefe bedeutungslos: kollimierte Beleuchtungen müssen immer in Kombination mit einem telezentrischen Objektiv verwendet werden. Folglich können die Schärfentiefe und andere optische Angaben nicht wie bei herkömmlichen Einzelleuchten angegeben werden.

Antwort auf/zuklappen Warum wird die Divergenz von kollimierten Lichtquellen nicht angegeben?

Da LTCL-Beleuchtungen in Kombination mit telezentrischen Objektiven verwendet werden müssen, hängt die Blendenöffnung des optischen Systems nur von der Aperturblende des telezentrischen Objektivs ab. Aus diesem Grund ist die Divergenz einer kollimierenden Quelle ein nichtrelevanter Wert. Die Divergenz der Beleuchtungen reicht von 0,1° bis 1°. Der Kollimationsgrad von LED-Quellen ist geringer als der von Laserkollimatoren. Laserkollimatoren hingegen können nicht wirksam in Machine Vision-Anwendungen eingesetzt werden aufgrund von Beugungseffekten, welche die Messgenauigkeit stark beeinträchtigen.

Antwort auf/zuklappen Zu welchen Veränderungen kommt es hinsichtlich der Schärfentiefe eines telezentrischen Objektivs, wenn man eine telezentrische Beleuchtung der LT CL-Serie mit einem kompatiblen telezentrischen Objektiv verbindet?

Die Verwendung einer kollimierten Quelle erhöht die natürliche Schärfentiefe des telezentrischen Objektivs um ca. +20/30%. Das aber hängt auch von anderen Faktoren ab, wie Linsenart, Lichtfarbe, Pixelgröße und Methode zur Berechnung der Schärfentiefe. Da die numerische Apertur einer Beleuchtung niedriger als die numerische Apertur des telezentrischen Objektivs ist, verhält sich das optische System so, als ob das Objektiv hinsichtlich der Schärfentiefe die gleiche numerische Apertur wie die Beleuchtung hätte, und behält dabei die gleiche Bildauflösung wie bei der numerischen Apertur des vorhandenen telezentrischen Objektivs.

Antwort auf/zuklappen Sind die kollimierten (telezentrischen) Beleuchtungen der LTCL-Serie blitzbar?

Die Beleuchtungen können auf zwei Arten betrieben werden:

- Mit 12~24V Versorgungsspannung: hier wird die eingebaute Elektronik die LED versorgen [im Bild schwarze Ader (-); braune (+)]. Ein Blitzbetrieb ist nicht möglich. Mit einem Potentiometer kann die Helligkeit geregelt werden.

- Direkte LED-Versorgung: hier sollen die nötigen Versorgungsspannung und der Versorgungsstrom bei jeder LED beachtet werden. In diesem Betrieb ist eine Blitzsteuerung bei den Farben Rot, Grün, Blau und Weiß möglich. Der maximale Blitzstrom beträgt 1800mA @0,1 duty/1kHz [im Bild schwarze Ader (-); blaue (+ / Bypass)].

 

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