Objektive. Auswahl und Montage. Inhalt

Transkript

1 Objektive Auswahl und Montage Im Folgenden geben wir Ihnen allgemeine Hinweise zur Auswahl und Montage von C- und Objektiven. Weitere Informationen finden Sie im White Paper Optik-Grundlagen. Bitte beachten Sie: Die Verantwortung für die Auswahl und den Einsatz von Objektiven im Zusammenhang mit einer konkreten Applikation trägt ausschliesslich der System-Ingenieur vor Ort. Sämtliche Berechnungs-Methoden beruhen auf der "dünnen Linse" (einer idealen Linse). Die Abweichung zu handelsüblichen Objektiven ist in der Praxis vernachlässigbar. Weitwinkel-Objektive können allerdings beträchtlich vom Ideal abweichen. Inhalt Schritt 1: Bestimmung der...2 Beispiele aus verschiedenen Anwendungsbereichen...3 Schritt 2: Objektiv auswählen...4 Schritt 3: Massnahmen für den Fall sehr kleiner Arbeitsabstände...5 Schritt 4: Montage...6 Sonderfall: Weitwinkel-Objektive...7 Typische (Denk)-Fehler...8 Erste Hilfe bei unscharfen Bildern...9 EUROPEAN HEADQUARTERS The Imaging Source Europe GmbH Sommerstrasse 36, D Bremen, Germany Phone: US HEADQUARTERS The Imaging Source 1201 Greenwood Cliff, Charlotte, NC Phone: USA Toll Free: USA Sämtliche in diesem Dokument erwähnten Produkt- und Firmennamen können Warenzeichen oder Handelsbezeichnungen der jeweiligen Hersteller sein und werden hiermit anerkannt. The Imaging Source Europe GmbH übernimmt keine Garantie oder Verpflichtung irgend einer Art für die in diesem Dokument enthaltene Information. Der in ihm verwendete Programm-Code dient ausschliesslich didaktischen Zwecken. The Imaging Source übernimmt keinerlei juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung, die sich aus der Verwendung des Dokument-Inhalts oder des Programm-Codes ergeben sollten. The Imaging Source behält sich das Recht vor, jederzeit und ohne Ankündigung technische Daten, Funktion oder Gestaltung zu ändern. Stand: Juli 2005 Copyright 2005 The Imaging Source Europe GmbH Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung der The Imaging Source Europe GmbH. Abmessungen und Gewichte sind Näherungswerte.

2 Schritt 1: Bestimmung der Die ist der zentrale Parameter eines Objektivs. Um einen Gegenstand vollständig auf dem CCD-Chip abzubilden, berechnen wir die für dessen Höhe und Breite. Der kleinere Wert ist dann die unseres Objektivs: Arbeitsabstand * CCD-Breite der Breite = Gegenstands-Breite + CCD-Breite Arbeitsabstand * CCD-Höhe der Höhe = Gegenstands-Höhe + CCD-Höhe Gegenstands-Höhe CCD-Höhe CCD- Format CCD- Höhe CCD- Breite 1/4" 2,4 3,2 1/3" 3,6 4,8 1/2" 4,8 6,4 2/3" 6,6 8,8 1" 9,6 12,8 Arbeitsabstand

3 Beispiele aus verschiedenen Anwendungsbereichen Barcode-Auswertung: Gegenstands-Breite = 30 mm Arbeitsabstand = 300 mm CCD-Format = 1/4" (CCD-Breite = 3,2 mm) 300 * 3, 2 der Breite = = 28, 9mm , 2 Obst-Sortierung: Gegenstands-Höhe = 200 mm Arbeitsabstand = 1000 mm CCD-Format = 1/3" (CCD-Höhe = 3,6 mm) 1000 * 3, 6 der Höhe = = 17, 7mm , 6 Inspektion des Auges: Gegenstands-Breite = 50 mm Arbeitsabstand = 350 mm CCD-Format = 1/2" (CCD-Breite = 6,4 mm) 350 * 6, 4 der Breite = , 4 = 39, 7mm Nummernschild-Erkennung: Gegenstands-Breite = 600 mm Arbeitsabstand = mm CCD-Format = 1/4" (CCD-Breite = 3,2 mm) * 3, 2 der Breite = = 53mm , 2

4 Schritt 2: Objektiv auswählen Um die n für die obigen Beispiele exakt einstellen zu können, bedürfte es eines Zoom-Objektivs. Diese weisen allerdings erhebliche Nachteile auf (Gewicht, Grösse, Preis, etc.). Man greift daher normalerweise auf Objektive mit festen n zurück. Um die Qualität von The Imaging Source-Kameras nutzen zu können, empfehlen wir Objektive der M-Serie von Pentax (siehe Tabelle rechts). Produkt-Code Format H1214-M(KP) 1/2 12 C1614-M(KP) 2/3 16 C2514-M(KP) 2/3 25 C3516-M(KP) 2/3 35 C5028-M(KP) 2/3 50 Zur vollständigen Abbildung des Gegenstands auf dem CCD-Chip wählen wir ein Objektiv, dessen kleiner ist, als die errechnete. Für unsere obigen Beispiele nehmen wir also: Barcode-Auswertung: C2514-M(KP) Obst-Sortierung: C1614-M(KP) Inspektion des Auges: C3516-M(KP) Nummernschild-Erkennung: C5028-M(KP) Bitte beachten Sie: Das Format des Objektivs muss grösser oder gleich dem des CCD-Chips sein (s.a. Typische (Denk)-Fehler).

5 Schritt 3: Massnahmen im Fall sehr kleiner Arbeitsabstände Besonders im Fall kleiner Gegenstände ist der Arbeitsabstand häufig kleiner, als der minimale Arbeitsabstand (MOD) des ausgewählten Objektivs. In diesem Fall verkleinern wir den minimalen Arbeitsabstand indem wir Zwischenringe zwischen das Objektiv und die Kamera legen. Details dazu sehen wir in Schritt 4 (Montage). Das folgende Beispiel demonstriert die Auswahl eines Zwischenrings: Inspektion eines Muttermals: Gegenstands-Breite = 5 mm Arbeitsabstand = 30 mm CCD-Format = 1/4" (CCD-Breite = 3,2 mm) Die ist in diesem Fall 14,7 mm, wir nehmen also das H1214-M(KP). Dessen minimaler Arbeitsabstand (MOD) von 0,25 m übersteigt allerdings den geforderten Arbeitsabstand von 3 cm deutlich. Die Tabelle unten zeigt, dass wir einen Zwischenring 5 mm benötigen. Produkt-Code Format MOD [m] H1214-M(KP) 1/2 12 0,25 C1614-M(KP) 2/3 16 0,25 C2514-M(KP) 2/3 25 0,25 C3516-M(KP) 2/3 35 0,35 C5028-M(KP) 2/3 50 0,90 : 12 mm 16 mm 25 mm 50 mm 75 mm 0, cm cm cm 1, cm cm cm Ring/Tubus 1, cm cm cm cm 5, cm cm cm cm cm 10, cm cm cm 15, cm cm 20, cm 25, cm

6 Schritt 4: Montage In der digitalen Bildverarbeitung gibt es einen standardisierten Objektiv-Anschluss mit zwei Varianten: und. Das ergibt vier Kombinationen (siehe Bild rechts), von denen allerdings eine nicht funktioniert: Objektive lassen sich nicht mit Kameras betreiben. Möchten Sie umgekehrt ein Objektiv an eine Kamera anschliessen, schrauben Sie zuvor einfach einen 5 mm Zwischenring in die Kamera. Zwischenringe optional 5 mm Haben Sie in Schritt 3 (Massnahmen für den Fall sehr kleiner Arbeitsabstände) festgestellt, dass Sie zusätzlich einen Zwischenring benötigen, legen Sie ihn wie eine Unterlegscheibe zwischen Kamera und Objektiv. Bitte beachten Sie: The Imaging Source stellt ausschliesslich Kameras her. Im Lieferumfang dieser Kameras ist immer ein 5 mm Zwischenring enthalten. Produkt-Code Mount Format MOD [m] H1214-M(KP) C 1/2 12 0,25 C1614-M(KP) C 2/3 16 0,25 C2514-M(KP) C 2/3 25 0,25 C3516-M(KP) C 2/3 35 0,35 C5028-M(KP) C 2/3 50 0,90

7 Sonderfall: Weitwinkel-Objektive Grosse Gegenstände und/oder kleine Arbeitsabstände erzwingen häufig den Einsatz von Objektiven mit sehr kleiner. Das folgende Beispiel demonstriert die Auswahl solcher Weitwinkel- Objektive: Müll-Sortierung: Gegenstands-Breite = 700 mm Arbeitsabstand = 500 mm CCD-Format = 1/4" (CCD-Breite = 3,2 mm) Die ist in diesem Fall 2,3 mm und damit am untere Ende dessen, was der Handel bietet. Hier kommt also das Computar T 2314 FICS-3 zum Einsatz (siehe Tabelle unten). Computar Weitwinkel-Objektive kommen im untersten Weitwinkel- Bereich zur Anwendung. Bitte beachten Sie: Da es sich hier um Objektive handelt, können sie nicht mit Kameras betrieben werden (siehe Schritt 4: Montage). Produkt-Code Mount Format MOD [m] T 2314 FICS-3 CS 1/3 2,3 0,2 H 2616 FICS-3 CS 1/2 2,6 0,1 H 3616 FICS-3 CS 1/2 3,6 0,2 T 0412 FICS-3 CS 1/3 4 0,2 Pentax Weitwinkel-Objektive kommen im mittleren Weitwinkel-Bereich zur Anwendung. Ihr Vorteil: Sie sind mechanisch robust und bieten grosse Formate (siehe dazu Typische (Denk)-Fehler). Produkt-Code Mount Format MOD [m] C418DX(KA) C 2/3 4,8 0,3 H612A(KA) C 1/2 6,0 0,2 B618CX-2(KA) C 1 6,5 0,2 C815B(KA) C 2/3 8,5 0,2 Bitte beachten Sie: Die Abbildungs-Qualtität von Weitwinkel-Objektiven bleibt deutlich hinter denen guter "Normal-Objektive" zurück. Dieses kann im Zusammenhang mit Visualisierungs-Aufgaben und/oder Kunden-Vorführungen durchaus ein kritischer Punkt sein, denn eine schlechte Bild-Qualität färbt häufig auf das Gesamt-System ab.

8 Typische (Denk)-Fehler Sowohl die verwirrende Vielfalt optischer Komponenten, als auch "historische Altlasten" aus der Welt der Bild-Röhren führen zu verschiedenen Fehlern bei der Zusammenstellung dieser Komponenten. Im Folgenden finden Sie die drei grundlegensten Missverständnisse: Falsch: Objektiv- und CCD-Format müssen gleich sein. Richtig: Das Objektiv-Format sollte möglichst grösser als das CCD-Format sein, da Objektiv-Fehler besonders am Rand auftreten. Falsch: Ist das Objektiv-Format grösser als das CCD-Format, muss es eine grössere/kleinere haben. Richtig: Die ist ausschliesslich abhängig vom CCD-Format, dem Arbeitsabstand, und der Grösse des Gegenstands (siehe Schritt 1: Bestimmung der ). Falsch: Zwischenringe vergrössern/verkleinern die Schärfentiefe. Richtig: Zwischenringe verkleinern den minimalen Arbeitsabstand (siehe Schritt 3: Massnahmen im Fall sehr kleiner Arbeitsabstände).

9 Erste Hilfe bei unscharfen Bildern Es gibt zwei wesentliche Gründe für unscharfe Bilder: Die Qualität des Objektivs ist niedriger, als die moderner CCD-Chips. Die in diesem White Paper empfohlene M-Serie von Pentax (siehe Schritt 2: Objektiv auswählen) ist speziell für die Zusammenarbeit mit modernen CCD-Chips konzipiert. Weitwinkel-Objektive hingegen weisen konstruktions-bedingte Schwächen auf (siehe Sonderfall: Weitwinkel-Objektive). Die Montage des Objektivs ist fehlerhaft. Dies führt meist zu extrem unscharfen Bildern. In solchen Fällen gehen Sie folgendermassen vor: Objektiv / Kamera: Überprüfen Sie, ob ein 5 mm Zwischenring zwischen Kamera und Objektiv geschraubt wurde. The Imaging Source stellt ausschliesslich Kameras her. Im Lieferumfang dieser Kameras ist immer ein 5 mm Zwischenring enthalten. 5 mm Zwischenring Objektiv / Kamera: Haben Sie versehentlich einen 5 mm Zwischenring zwischen Kamera und Objektiv geschraubt, können Sie nur auf sehr nahe Objekte scharf stellen. Objektiv / Kamera: Mit dieser Konfiguration können Sie auf sehr nahe Objekte scharf stellen. Ist das nicht Ihr Ziel, hilft nur der Einsatz einer Kamera. The Imaging Source stellt ausschliesslich Kameras her. "Klebende" Zwischenringe: Haben Sie Kamera oder Objektiv zuvor mit einem dünnen Zwischenring betrieben, klebt dieser häufig an einem der beiden. In solchen Fällen können Sie ohne ersichtliche Ursache nicht auf Unendlich scharf stellen. "Klebende" Zwischenringe