Hardware-Handbuch Versuchsplatz Telezentrie

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1 Hardware-Handbuch Versuchsplatz Telezentrie Vision & Control GmbH, Vision Academy Konrad-Zuse-Str Erfurt Tel / Fax 0361 / Stand 02/ / 15

2 Inhaltsverzeichnis Wichtige Informationen 3 Allgemeine Sicherheitshinweise 5 Lieferumfang 6 Technische Daten 7 Versuchsplatz aufstellen und einrichten 8 Anhang: Datenblätter der eingesetzten Komponenten 13 2 / 15

3 Wichtige Informationen Bestimmungsgemäße Verwendung Der Versuchsplatz Telezentrie ist für den Einsatz im Labor bestimmt. Er dient der Erlangung von Kenntnissen des optischen Prinzips der Telezentrie, wie sie in Anwendungen der industriellen Bilderarbeitung genutzt werden können. Der Versuchsplatz darf nur betrieben werden, wenn er sich in technisch einwandfreiem Zustand befinden. Die Bedienung hat bestimmungsgemäß, sicherheits- und gefahrenbewußt von qualifiiertem Personal zu erfolgen, das zuvor in die Bedienung der Geräte eingewiesen und hinsichtlich möglicher Gefahren belehrt wurde. Nicht bestimmungsgemäße Verwendung Jede nicht bestimmungsgemäße Verwendung und alle nicht in diesem Handbuch beschriebenen Einsatzfälle des Versuchsplatzes sind unerlaubte Fehlanwendung und damit außerhalb der gesetzlichen Haftungsgrenzen des Herstellers. Fehlanwendungen sind: - Nichtbeachten des Handbuches - Bedienung durch nicht ausgebildetes und unterwiesenes Personal - Betrieb des Versuchplatzes in nicht technisch einwandfreiem Zustand - Betrieb des Versuchsplatzes sowie enthaltener Geräte mit Spannungen, die von den Vorgaben des Herstellers abweichen - Verwenden von nicht kompatiblen Zusatzkomponenten - Fehlerhaft ausgeführte Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten Qualifiziertes Personal Montage, Inbetriebnahme, Betrieb, Reparatur und Transport des Gerätes dürfen nur von qualifiziertem Fachpersonal durchgeführt werden. Als qualifiziert gilt, wer für die entsprechenden Tätigkeiten am Versuchsplatz geschult und unterwiesen wurde uns seine Befähigung dem Betreiber nachgewiesen hat. Das Bedienpersonal muss vom Betreiber für die Tätigkeit am Versuchsplatz ermächtigt worden sein. 3 / 15

4 Das Fachpersonal muss für die Installation und den betrieb des Versuchsplatzes die gängigen Richtlinien und Norman zum Umgang mit elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln kennen und befolgen. Gewährleistung und Haftung Der Hersteller haftet nicht für eventuelle Schäden, die sich aus der Anwendung dieser Dokumentation ergeben und lehnt jegliche daraus abgeleitete Gewährleistung ab. Für die sicherheitstechnischen Eigenschaften des Versuchsplatzes ist der Hersteller im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen nur verantwortlich, wenn Wartung, Instandhaltung und Änderungen am Versuchsplatz von ihm selbst oder von autorisiertem Fachpersonal nach seinen Anweisungen durchgeführt werden. Bei nicht bestimmungsgemäßer Verwendung, Öffnen der enthaltenen Geräte oder fehlerhafter Wartung übernimmt der Hersteller keine Haftung oder Gewährleistung. 4 / 15

5 Allgemeine Sicherheitshinweise Lesen Sie die folgenden allgemeingültigen Sicherheitshinweise sorgfältig und vollständig durch. Befolgen Sie die Hinweise zu Ihrer eigenen Sicherheit, für die Sicherheit anderer Personen und zur Vermeidung von Schäden am Versuchsplatz und der damit verbundenen technischen Ausstattung. Sicherheit beim Umgang mit dem Versuchsplatz Personenschäden durch Elektrizität Verletzungsgefahr durch Stromschlag. - Versuchsplatz vor Arbeiten an den elektrischen Anschlüssen von der Betriebsspannungsversorgung trennen. - Allgemeine Sicherheitsvorschriften zum Betrieb von elektrischen Anlagen beachten. 5 / 15

6 Lieferumfang Aluminium-Profilgestell mit Kamera- / Objektivschlitten, Objekthalter, diffuser Beleuchtung sowie Hutschienen-Netzteil 2 Zur austauschbaren Montage: Objektivhalter mit montiertem telezentrischen Objektiv vicotar T201/0,19 3 Zur austauschbaren Montage: Kamerahalter mit Bohrungen für Kamera UI-1240ML-M-GL zur Verwendung mit entozentrischem Objektiv (4) 4 Entozentrisches C-Mount-Objektiv vicotar VCN 1,4/25 5 Zwischenringsatz C-Mount 6 Innensechskantschlüssel 1,5 mm zum Festellen der Klemmschrauben am telezentrischen Objektiv (2) 7 Prüfobjekte 8 Innensechskantschlüssel 4 mm für Einstellarbeiten am Aluminium-Profilgestell (1) 9 Zur austauschbaren Montage: Beleuchtungsschlitten mit telezentrischer Beleuchtung vicolux TZB60-R 10 Aufbewahrungsdose für Zubehör und Kleinteile 6 / 15

7 Technische Daten Abmessungen Max. Größe Prüfobjekt 805 x 210 x 325 mm³ (BxHxT) ca. 140 x 90 mm² (BxH) Diffuse Beleuchtung vicolux DL100x150-R633/S/F/M5 Wellenlänge 633 nm Leuchtfeldgröße 100 x 150 mm² Betriebsspannung 10 O 30 VDC Telezentrische Beleuchtung vicolux TZB30-R Wellenlänge 633 nm Lichtstrom 5 mlm Betriebsspannung 10 O 30 VDC Telezentrisches Objektiv vicotar T201/0,19 Objektivanschluss C-Mount Arbeitsabstand 143 mm +/- 4 mm Gesichtsfeld 36,4 x 27,7 mm² (für Bildsensor 1/1,8 ) Entozentrisches Objektiv vicotar VCN 1,4/25 Objektivanschluss C-Mount Brennweite 25 mm Sichtwinkel 16 o x 12 o (hor. x vert. für Bildsensor 1/1,8 ) 7 / 15

8 Versuchsplatz aufstellen und einrichten Der Versuchsplatz Telezentrie besteht aus einem Rahmen mit zwei parallelen Schienen, auf denen einige Querbalken ( Schlitten ) verschiebbar und fixierbar angeordnet sind. Es können zwei verschiedene Beleuchtungsszenarien (diffus und telezentrisch) sowie zwei Abbildungsarten (entozentrisch und telezentrisch) für die Versuche genutzt werden. Die Konstruktion ist aus einem Aluminium-Profilsystem aufgebaut, deren Vorteil durch die Verwendung von Nuten darin liegt, die mechanische Konstruktion auf einfache Weise variieren / verschieben zu können und damit verschiedene Versuchsanordnungen zu realisieren. Jedoch sollten nicht alle Verbindungen am Profilsystem gelöst werden. Deshalb sind einige der Verbindungen durch schwarze Abdeckkappen verdeckt, andere liegen offen. Rot markierte offen liegende Schrauben zeigen an, dass an diesen Stellen sinnvolle mechanische Einstellungen vorgenommen werden können Die rote Markierung verdeutlicht: Die Verbindungen 1, 3 und 4 sind sinnvolle Verstellmöglichkeiten für Versuche der Triangulation. Verbindung 2 sollte nicht gelöst werden. Der Versuchsplatz ist auf einer ebenen rutschfreien Fläche aufzustellen. 8 / 15

9 Kamera anbringen und fokussieren Der Versuchsplatz ist hinsichtlich des Objektivs mit zwei Optionen versehen: 1. Arbeiten mit telezentrischem Objektiv (Objektivhalter mit montiertem telezentrischen Objektiv vicotar T201/0,19, im Lieferumfang Teil 2) 2. Arbeiten mit entozentrischem Objektiv (Neigbarer Kamerahalter mit Bohrungen für Kamera UI-1240ML-M-GL zur Verwendung mit entozentrischem Objektiv, im Lieferumfang Teil 3) Je nach Versuch kann die eine oder andere Variante notwendig sein. Dazu können die beiden Objektiv- bzw. Kamerahalter am Aluminium-Profilgestell mit dem Innensechskantschlüssel 4 mm ausgetauscht werden. Wird mit dem telezentrischen Objektiv gearbeitet, so trägt das Objektiv die Kamera. Dazu wird der Objektivhalter mit montiertem telezentrischen Objektiv vicotar T201/0,19 (im Lieferumfang Teil 2) am Kamera- / Objektivschlitten (1) mit zwei darunter befindlichen Innensechskantschrauben mit 4 mm Schlüsselweite befestigt. Die Kamera wird an das C-Mount-Gewinde des Objektivs angeschraubt. Danach ist die Kamera in Betrieb zu nehmen und deren Drehlage und Arbeitsabstand einzustellen. Die Drehlageeinstellung geschieht durch Lösen der 4 mm Innensechskant-Schrauben an den beiden schwarzen Schellen des Objektivhalters. Nach der Einstellung der Drehlage sind die Schrauben wieder zu fixieren. Danach kann die Fokussierung des Objektivs vorgenommen werden. Da das eingesetzte telezentrische Objektiv über keine interne Fokussierung verfügt muss der Arbeitsabstand durch verschieben des Kamera- / Objektivschlittens vorgenommen werden. Dazu sind an der Seite des Aufbau vier Schrauben (siehe Abbildung) zu lösen und nach erfolgter Fokussierung wieder zu fixieren. 9 / 15

10 Soll das entozentrische Objektiv verwendet werden, so muss der Kamerahalter (im Lieferumfang Teil 3) am Kamera- / Objektivschlitten (1) mit einer darunter befindlichen Innensechskantschrauben mit 4 mm Schlüsselweite befestigt werden. Mit den mitgelieferten M3-Schrauben ist die Kamera UI-1240ML-M-GL am Kamerahalter zu befestigen. In diesem Fall trägt die Kamera das Objektiv. Zuletzt wird das Objektiv VCN1,4/25 ggf. mit vorgesetzten Zwischenringen an das C-Mount-Gewinde der Kamera angeschlossen. Nun kann die Kamera in Betrieb genommen werden und die Schärfe und Helligkeit des Bildes eingestellt werden. Kamerahalter zur Befestigung der Kamera UI-1240ML-M-GL Beleuchtung anbringen Der Versuchsplatz ist hinsichtlich der Beleuchtung mit zwei Optionen versehen: 1. Arbeiten mit diffuser Beleuchtung (fest montierte Beleuchtung vicolux DL100x150- R633/S/F/M5, im Lieferumfang am Teil 1 befestigt) 2. Arbeiten mit telezentrischer Beleuchtung (zur austauschbaren Montage: Beleuchtungsschlitten mit telezentrischer Beleuchtung vicolux TZB60-R, im Lieferumfang Teil 9) Je nach Versuch kann die eine oder andere Beleuchtung notwendig sein. Dazu kann die telezentrische Beleuchtung an das Aluminium-Profilgestell mit Hilfe des Innensechskantschlüssel 4 mm angesetzt bzw. abgenommen werden. Die diffuse Beleuchtung sollte in jedem Fall montiert bleiben. Beide Beleuchtungen werden über ein gemeinsames Hutschienen-Netzteil mit 24VDC betrieben. Soll mit der diffusen Beleuchtung DL100x150-R633/S/F/M5 gearbeitet werden, so ist der Beleuchtungsschlitten mit der telezentrischen Beleuchtung zu entfernen. Dazu sind die Innensechskantschrauben am Beleuchtungsschlitten zu lösen sowie die Spannungsversorgung durch Abziehen des 10 / 15

11 grünen Steckverbinders zu unterbrechen. Anschließend wird die diffuse Beleuchtung durch Anschließen des M5-Steckverbinders in Betrieb genommen. Arbeiten mit diffuser Beleuchtung Wird mit der telezentrischen Beleuchtung TZB60-R gearbeitet, bleibt die diffuse Beleuchtung DL100x150-R633/S/F/M5 montiert. Sie wird durch Abziehen des M5-Steckverbinders außer Funktion gesetzt. Der Beleuchtungsschlitten mit telezentrischer Beleuchtung vicolux TZB60-R (im Lieferumfang Teil 9) wird auf das Aluminium-Profilgestell direkt vor die diffuse Beleuchtung aufgesetzt und durch Anziehen der Innensechskantschrauben fixiert. Durch Verbinden des grünen Steckverbinders wird die telezentrische Beleuchtung in Betrieb gesetzt. 11 / 15

12 Abgeschaltete diffuse Beleuchtung mit davor angebrachter telezentrischer Beleuchtung. Besonderheiten der Beleuchtungs-Objektiv-Kombinationen Von den formalen vier möglichen Kombinationen zwischen Kamera und Objektiv sind nur drei in der Praxis einsatztauglich: 1. Diffuse Beleuchtung entozentrisches Objektiv 2. Diffuse Beleuchtung telezentrisches Objektiv 3. Telezentrische Beleuchtung telezentrisches Objektiv Zu beachten ist für alle drei Kombinationen, dass bei der Verwendung von CCD-Bildsensoren eine Überbelichtung und damit verbundenes Blooming vermieden wird. Dazu ist die Blende am Objektiv zu schließen, die Verschlusszeit der Kamera zu verkürzen oder, wenn möglich, die Helligkeit der Beleuchtung einzustellen. Für die Kombinationen 1. und 2. sind keine besonderen Vorkehrungen zu treffen, um ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Bild zu erhalten. Bei der Kombination von telezentrischer Beleuchtung mit telezentrischem Objektiv (Kombination 3) müssen, bedingt durch telezentrischen Strahlengang, für das Erreichen einer gleichmäßig hellen Abbildung im Bild die optischen Achsen von Beleuchtung und Objektiv auf ca. +/- 1 o genau parallel ausgerichtet werden. Diesen Zustand erreicht man durch Verschieben und Neigen der Beleuchtung bzw. des Kamera- / Objektivschlittens mit anschließender Fixierung. 12 / 15

13 Anhänge: Vorschläge für Versuche zum Themengebiet Telezentrie Datenblätter der eingesetzten Komponenten 13 / 15

14 Vorschläge für Versuche zum Themengebiet Telezentrie Ziel: Verstehen der Prinzipien der Lichtausbreitung diffus und telezentrisch Verstehen der Prinzipien der entozentrischen und telezentrischen Abbildung von Objektiven Verstehen des Zusammenwirkens von Beleuchtungen und Objektiven Verstehen der Auswirkungen von Prüfteilen verschiedener Form und Oberfläche auf die Abbildung Versuchsvorschlag 1: Vergleich verschiedener Kombinationen von Beleuchtungen und Objektiven: - diffuse Beleuchtung entozentrisches Objektiv - diffuse Beleuchtung telezentrisches Objektiv - telezentrische Beleuchtung entozentrisches Objektiv Was ist sinnvoll, was nicht? Warum? Was passiert bei den einzelnen Kombination hinsichtlich der Lichtausbreitung? Versuchen Sie abzuleiten, für welche Art Teile bzw. für welche Randbedingungen welche Kombination geeignet ist? Versuchsvorschlag 2: Kombination telezentrischer Beleuchtung mit telezentrischem Objektiv. Richten Sie die telezentrischer Beleuchtung und das telezentrische Objektiv so aus, dass die Helligkeit möglichst gleichförmig im Bildfeld erscheint! Bedingt durch telezentrischen Strahlengang müssen die optischen Achsen von Beleuchtung und Objektiv auf ca. +/- 1 o genau parallel ausgerichtet werden. Welche Konsequenzen hat dies beim Einsatz in industriellen Anlagen? Welche mechanischen Vorkehrungen müssen dazu getroffen werden? Welche Möglichkeiten haben Sie, um das übermäßige Lichtangebot der telezentrischen Beleuchtung zu reduzieren? (Helligkeit an der Beleuchtung verringern, blitzen, Blende am Objektiv schließen, Verschlusszeit der Kamera verringern, Verstärkung der Kamera verringern, Lichtfilter einfügen, O) Versuchsvorschlag 3: Ermitteln Sie eine Einstellung, bei der das telezentrische Objektiv und das entozentrische Objektiv den gleichen Abbildungsmaßstab haben. Ändern Sie den Abstand eines Prüfteils zum Objektiv. Was passiert beim entozentrischen und was beim telezentrischen Objektiv? Warum passiert es und wie stark ist der Effekt? Welche mathematisch-physikalischen Gesetzmäßigkeiten stehen dahinter? 14 / 15

15 Warum eignen sich deshalb entozentrische Objektive nicht oder nur sehr eingeschränkt zum Messen metrischer Eigenschaften? Versuchsvorschlag 4: Was geschieht bei der Betrachtung flacher bzw. tiefer Teile mit Öffnungen, Bohrungen, Durchbrüchen mit entozentrischen bzw. telezentrischen Objektiven? Wie wirkt sich dies auf die Sichtbarkeit von Details aus, die in der Mitte des Objektivs bzw. am Rand liegen? Wie wirkt sich die Brennweite bei entozentrischen Objektiven auf diesen Effekt aus? Versuchsvorschlag 5: Ermitteln des Einflusses des Reflexionsgrades von Prüfteilen bei diffuser Beleuchtung im Durchlicht für glänzende und matte rotationssymmetrische Teile! Ändern Sie den Abstand der diffusen Beleuchtung. Was passiert? Ändern Sie die Größe der diffusen Leuchtfläche. Was passiert? Welche Schlussfolgerungen muss man aus diesen Erscheinungen für den Einsatz von diffusen Beleuchtungen in der industriellen Fertigung ziehen? Versuchsvorschlag 6: Gilt für alle Beleuchtungen und Objektive: Auswirkung flacher und prismatischer Teile auf Abbildung und Messwerte. Was bewirkt eine Verdrehung flacher Prüfobjekte zur optischen Achse? (Fehler 1. Ordnung) Was bewirkt eine Verdrehung tiefer Prüfobjekte zur optischen Achse? (Fehler 2. Ordnung) Der Idealfall der rechtwinkligen Anordnung zur optischen Achse des Objektivs ist in der Praxis nur mit großem mechanischem Aufwand realisierbar. Kann dies nicht gewährleistet werden, wir die Parallelprojektion des Prüfteils sichtbar! Welche Effekte treten an den Seitenflächen prismatischer Teile auf? (selbst matte dunkle Teile reflektieren Licht und sorgen auf diese Weise für unsymmetrische Kantenformen, die zu falschen Ergebnissen führen) Versuchsvorschlag 7: Wirkung von durchsichtigen und undurchsichtigen Stoffen auf die Abbildung. Prüfen Sie die Abbildung eines Glasstabes und eines glänzenden Metallbolzens bei telezentrischer Betrachtung und Beleuchtung mit diffusem Licht. Wie erkennen Sie die Körperkanten? Wiederholen Sie den Versuch mit telezentrischer Beleuchtung. Was ist anders? Wie erklären Sie die sichtbaren Effekte? Vergleichen Sie den Einfluss von Störlicht (nehmen Sie eine gerichtete Lichtquelle) auf das Beleuchtungsszenario bei diffuser und telezentrischer Beleuchtung. Erklären Sie! 15 / 15