Auswahl der richtigen Kamera

Die Bilderzeugung ist ein komplexe Wechselwirkung aus den Material- und Oberflächeneigenschaften des Prüfobjekts und der verwendeten Beleuchtung. Eine zentrale Rolle nimmt jedoch auch das Kamera-System als "Detektor-Einheit" ein. In diesem Schritt wird ein Bild auf dem Sensor erfasst, verarbeitet und digitalisiert.

Die erforderte Genauigkeit und Geschwindigkeit der Prüfung, sowie die Anforderungen der Applikation an den Bildsensor legen die Auswahl der Kamera fest.

 

Typische Arten von industriellen Kameras

  • Flächenkameras: Mit Hilfe eines matrixförmigen Sensors wird zeitgleich ein zweidimensionales Bild aufgenommen, das dann ein einen PC etc. gesendet und dort ausgewertet wird.
  • Zeilenkameras: Eine einzige linienförmige Sensorzeile erfasst in sehr schneller Folge sehr viele Einzelzeilen. Aus dem Bewegungsvorschub von Förderband oder Kameraeinheit wird ein zweidimensionales Bild erzeugt und an einen PC etc. gesendet. Dieses Verfahren ist ideal zur Erfassung von Endlosmaterialien etc.
  • Intelligente Kameras sind meist Flächenkameras, sehr selten auch Zeilenkameras. Die Bildaufnahme, aber auch die komplette Auswertung des Bildes findet innerhalb der Kamera statt. Über verschiedene Schnittstellen und Protokolle werden direkt Ergebnisse und Messdaten direkt an eine SPS, Robotersteuerung etc. kommuniziert. Ein PC wird nur noch zum Einrichten des Systems benötigt.

 

Auswahl der richtigen Kamera

Die Auswahl der Kamera wird durch die Prüfaufgabe festgelegt. Die zu erfassenden Merkmale müssen vernünftig für die Software auswertbar dargestellt werden. Doch was heißt dies?

  • Flächenkamera oder Zeilenkamera: Kommen die Teile vereinzelt an oder handelt es sich um Material das transportiert wird? Im einfachsten Fall werden Bilder mit einer Flächenkamera aufgenommen, die kontinuierlich oder getriggert arbeitet. Mit Hilfe einer Zeilenkamera können Objekte, die an der Kamera vorbei transportiert werden, nahtlos abgescannt werden. Lange Bauteile, endlose Bandware oder zylindrische Objekte, die gedreht werden können, bieten sich für die Bildaufnahme mit einer Zeilenkamera an.
  • Auflösung und Sensorgröße: Welche feinsten Merkmale und Objektstrukturen am Bauteil muss ich mit welcher Detailgenauigkeit  noch erfassen können? Besonders bei großen Bauteilen wird eine hohe Kameraauflösung benötigt. Wie groß soll der Sensor sein und welche Optik muss verwendet werden?
  • Geschwindigkeit: Wie viele Bilder pro Sekunde oder wie viele Zeilen pro Sekunde müssen von der Kamera erfasst werden? Besonders schnelle Kameras erfordern schnelle Übertragungsschnittstellen. Oftmals sind dann die Sensoren in CMOS-Technik gefertigt, die jeden Pixel direkt auslesen können und eine höhere Framerate als CCD-Sensoren bieten.
  • Bildqualität: Wie gut muss mein Kamerabild sein? Tendenziell zeigen CCD-Kameras ein homogeneres Bild, sind lichtempfindlicher aber neigen bei starker Überbelichtung zu Smearing und Blooming. CMOS-Kameras brauchen meistens etwas mehr Licht, müssen gut kalibriert(Dunkelbild, Hellbild) werden, da sie von Natur aus ein inhomogeneres Bild zeigen. Sie sind aber toleranter bei extremen Lichtverhältnissen und zeigen kein Smearing und Blooming.
  • Monochrom- oder Farbsensor: Kann die Applikation mit einer Monochrom- oder Farbkamera gelöst werden? Monochromkameras sind deutlich lichtempfindlicher und die übertragenen Bilddaten sind nur typischerweise mit 8 Bit kodiert. Farbbilder mit 24 Bit Signalinformation lassen zusätzliche Bildauswertungen zu, um verschiedene Farben mit gleicher Helligkeit (=Grauton) voneinander zu trennen, die Datenmengen sind aber deutlich größer. Bei 1-Chip-Farbkameras gehen aufgrund der Bayer-Farbinterpolation zusätzlich noch Detailinformationen verloren, die Messgenauigkeit wird reduziert.
  • Übertragungs-Schnittstelle: Multipliziert man Bittiefe * Framerate *Bildgröße, kann die benötigte Bandbreite pro Sekunde ausgerechnet werden. Die Schnittstelle muss in der Lage sein, schnell und zuverlässig die Bilder zur Auswerteeinheit (=PC) zu transportieren. Wichtig ist auch, dass die verwendete Software in der Lage ist, die Übertragungsschnittstelle mit der angeschlossenen Kamera zu unterstützen.
  • Triggerfunktionen, Kameraelektronik und Verarbeitung: Wie soll das Bild aufgenommen werden, mit wie viel Bit Signaltiefe (z.B. 8, 10 oder 12 Bit monochrom etc.), soll es schon in der Kamera eine Bildkalibrierung etc. erfolgen?
  • Mechanische Abmessungen und Formfaktor: Passt das Kameragehäuse in meine Anlage? Auch hier sind viele verschiedene Kameras am Markt, so dass der Anwender eine große Auswahl hat.
  • Vollständigkeit des Produktportfolios: Ein guter Anbieter sollte ein vollständiges Programm an Hardware haben, so dass Sie mit einer Kamerafamilie viele Ihrer Applikationen abdecken können.
  • Lieferfähigkeit, Zuverlässigkeit,  Support: Suchen Sie sich einen  guten zuverlässigen Partner. Dies hilft Ihnen, die Kamera schnell zu integrieren und auch im Problemfall stehen Sie nicht im Regen.

 

Fazit:
Erst die richtige Kamera als "Detektor-System" ermöglicht es, die richtigen Prüfmerkmale der Applikation mit der gewünschten Genauigkeit zu erfassen. Es lohnt sich ganz besonders, hier eine gute Auswahl zu treffen!

Partner & Netzwerk

European Imaging Academy
Machine Vision
inVision
SpectroNet
Inspect