Maschinenvision-Objektivtypen im Überblick: Festbrennweite, telezentrisch, Zoom

Objektive mit fester Brennweite: Die Grundlage für Stabilität und Klarheit in der Maschinenvision

Konstante Vergrößerung, minimale Verzerrung und hohe MTF-Leistung

Industrielle Bildgebung erzielt deutlich bessere Ergebnisse mit Objektiven mit fester Brennweite objektive mit fester Brennweite weil sie auch bei veränderten Arbeitsabständen stabil bleiben. Diese Objektive halten die Vergrößerung innerhalb von ±0,05 % konstant – eine durchaus beeindruckende Leistung angesichts der Empfindlichkeit mancher Anwendungen. Auch das optische Design ist nicht kompliziert, sodass die Verzeichnung unter 0,1 % bleibt. Das ist für präzise Messungen in der Messtechnik von großer Bedeutung. Bei den Bildqualitätskennwerten erzielen diese Objektive auf der MTF-Skala einen Wert von über 0,8 bei 50 Linienpaaren pro Millimeter. Was bedeutet das alles? Schärfere Kanten und Merkmale, die sich zuverlässig besser erkennen lassen. Zoomobjektive erreichen diese Art von Leistungskonstanz in den meisten industriellen Anwendungen einfach nicht.

Ideale Einsatzgebiete: Hochgeschwindigkeitsinspektion und wiederholbare Messtechnikaufgaben

Diese Objektive funktionieren besonders gut an Orten, an denen schnelle Prüfungen erforderlich sind, beispielsweise bei der Inspektion von Halbleiterwafern. Aufgrund ihrer Bauart liefern sie konsistente Bilder, selbst bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von über 500 Teilen pro Minute. Bei der genauen Messung reduzieren diese Objektive Messfehler auf unter 1 Mikrometer, da keine ständige Fokusanpassung erforderlich ist. Dadurch entstehen auch Kosteneinsparungen. Eine Studie des Ponemon Institute aus dem Jahr 2023 ergab, dass Unternehmen jährlich rund 740.000 US-Dollar allein an Arbeitskosten für die Neukalibrierung von Geräten einsparen konnten. Zudem ist die Verarbeitungsqualität so robust, dass Temperaturschwankungen und Vibrationen problemlos bewältigt werden können – was diese Objektive zu unverzichtbaren Werkzeugen für die Prüfung von Autoteilen während der Montage oder für die Sicherstellung der Qualitätsstandards medizinischer Geräte macht.

Telezentrische Objektive: Präzisionsmessung durch orthographische Projektion

Eliminierung von Perspektivfehlern für maßstäbliche Abbildung über die gesamte Tiefenausdehnung

Telezentrische Objektive funktionieren anders als herkömmliche optische Systeme, weil sie eine sogenannte orthografische Projektion verwenden. Grundsätzlich erfassen diese Objektive Lichtstrahlen, die parallel zueinander verlaufen und senkrecht auf den Bildsensor treffen. Der entscheidende Vorteil besteht darin, dass dadurch störende perspektivische Verzerrungen eliminiert werden, die bei Messungen Probleme verursachen, wenn sich Bauteile nach vorne oder hinten bewegen. Betrachten Sie beispielsweise ein einfaches rundes Loch in Metall: Bei normalen Kameraobjektiven erscheint dieses Loch bereits bei geringster Neigung des Bauteils oval statt rund. Bei telezentrischer Abbildung bleibt das Loch jedoch unabhängig von seiner Lage relativ zum Objektiv stets perfekt kreisförmig. Dies ist besonders wichtig für die präzise Bestimmung der Lochgrößen an gefertigten Bauteilen. Untersuchungen zeigen, dass herkömmliche Messaufbauten ohne entsprechende Korrektur Abweichungen von bis zu 3 Prozent aufweisen können, während telezentrische Systeme selbst bei einer Tiefenänderung von ±5 mm eine Genauigkeit im Subpixel-Bereich erreichen. Besonders wertvoll ist hierbei, dass die Vergrößerung exakt konstant bleibt – unabhängig davon, ob sich das Objekt nahe oder weiter entfernt vom Objektiv befindet. Diese Konstanz ist der Grund, warum Hersteller telezentrische Objektive für Messaufgaben wie die Bestimmung der Dicke von Kanten oder den Abstand zwischen Stiften auf Steckverbindern einsetzen – Aufgaben, die herkömmliche Objektive nicht zuverlässig bewältigen können.

Praxisnahe ROI: Wie telezentrische Objektive Nacharbeit und Kalibrierhäufigkeit reduzieren

Telezentrische Lösungen senken die Betriebskosten bei hochpräzisen Aufgaben erheblich, da sie perspektivische Fehler bereits von vornherein ausschließen. Fabriken, die winzige elektronische Komponenten vermessen, verzeichnen etwa 40 Prozent weniger fehlerhafte Messwerte, die als Ausschuss verworfen werden müssen; zudem reduziert sich der Zeitaufwand für die Behebung von Kalibrierproblemen nach dem Wechsel auf telezentrische Objektive um rund 60 %. Warum ist das so? Diese speziellen Optiken werden nämlich nicht durch Tiefenänderungen oder ungewöhnliche Randverzerrungen beeinträchtigt, die bei herkömmlichen Messverfahren üblicherweise zu Messfehlern führen und regelmäßige Nachjustierungen erforderlich machen. In Kombination mit hochwertigen Halterungen ergibt sich damit ein robustes Messsystem, das über Zehntausende von Produktionszyklen hinweg stets präzise arbeitet – ohne dass manuell eingegriffen oder korrigiert werden müsste. Dies macht den entscheidenden Unterschied bei kritischen Aufgaben wie der Prüfung medizinischer Geräte auf Konformität mit den Spezifikationen oder der Ausrichtung mikroskopisch kleiner Chips in Halbleitern.

Zoom-Objektive: Ausgewogenes Verhältnis von Flexibilität und Leistung in dynamischen Anwendungen der Maschinenvision

Parfokales Design und motorische Steuerung für adaptive Anpassung des Sichtfelds

Moderne Zoom-Objektive können ihr Sichtfeld anpassen, ohne die Schärfe zu verlieren – dank einer Technologie namens parfokale Stabilisierung. Dies ist besonders wichtig auf robotergestützten Montagelinien, wo sich Objekte ständig in unterschiedlichen Entfernungen zur Kamera bewegen. Die motorische Steuerung bedeutet, dass Bediener bei Wechseln der Vergrößerungsstufe keine Einstellungen manuell nachjustieren müssen. Laut dem Vision Systems Journal aus dem vergangenen Jahr verkürzt dies die Inspektionszeiten um rund 15 % – eine Einsparung, die sich im Laufe der Zeit deutlich summieren kann. Bei der Prüfung von Produkten auf niemals stillstehenden Förderbändern folgen diese Objektive den Teilen, während sie vorbeilaufen – selbst dann, wenn sich ihre Position relativ zum Kamerawinkel ändert. Was macht sie so leistungsfähig? Integrierte Systeme, die kontinuierlich Fokus prüfen und automatisch korrigieren und dadurch lästige Pausen zwischen den Scans reduzieren, die Produktionslinien verlangsamen.

Abwägung zwischen Auflösung und Vielseitigkeit: Wenn Zoom zusätzlichen Wert bietet, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen

Während Festbrennweiten maximale MTF-Werte bieten, erreichen moderne Zoomobjektive durch fortschrittliche optische Stabilisierung eine vergleichbare Bildschärfe. Wichtige Aspekte sind:

• Auflösungsschwellen : Zoomoptiken liefern heute konsistent eine Auflösung von >120 lp/mm über den gesamten Brennweitenbereich
• Betriebswirtschaftlichkeit : Durch reduzierte Hardware-Wechsel verringert sich der Kalibrierungsaufwand um 30 %
• Fehlerminimierung : Mehrpositionseinsätze vermeiden blinde Flecken bei der Fehlererkennung auf Leiterplatten

Führende Hersteller berichten von einer Inspektionsgenauigkeit von 99,2 %, wenn Zoomobjektive für flexible Aufgaben wie die Verifizierung von Mischverpackungen eingesetzt werden. Diese Vielseitigkeit vermeidet den traditionellen Kompromiss hinsichtlich der Auflösung und macht sie daher ideal für dynamische Fertigungsstätten, die unterschiedliche Produktionschargen verarbeiten.

Sind Sie bereit, den richtigen Maschinenvisions-Objektivtyp auszuwählen?

Die geeignete Objektivart hängt von Ihren Prioritäten ab: Stabilität (festbrennweitig), Präzision (telezentrisch) oder Flexibilität (Zoom). Indem Sie die Eigenschaften des Objektivs an die Geschwindigkeit, die Messanforderungen und die Produktvielfalt Ihrer Anwendung anpassen, erzielen Sie konsistente Inspektionsergebnisse.

Für maßgeschneiderte Beratung zu festbrennweiten, telezentrischen oder Zoom-Objektiven – einschließlich ihrer Kompatibilität mit Ihrem Kamerasystem – arbeiten Sie am besten mit einem Anbieter zusammen, der langjährige Erfahrung im industriellen Bereich vorweisen kann. HIFLY verfügt über 15 Jahre Expertise in allen drei Objektivarten sowie in integrierten Machine-Vision-Lösungen und stellt so sicher, dass die gewählte Technik optimal auf Ihre Produktionsanforderungen abgestimmt ist. Kontaktieren Sie uns noch heute für ein unverbindliches Beratungsgespräch zur Optimierung Ihrer Objektivauswahl.