Leitfaden zur bildgebenden Sensortechnik - Band 3

Zeilenkameras

Bei der Entwicklung eines optischen Prüfsystems ist die grundsätzliche Entscheidung zwischen einer Flächen- und einer Zeilenkamera zu treffen. Einführend werden Aufbau und Funktion, spezifische Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Zeilenkameras beschrieben.

 

CMOS-Bildsensoren

Die Strukturverkleinerung in modernen Standard-CMOS-Prozessen ermöglicht die Realisierung neuer CMOS-Bildsensoren, die nicht nur hinsichtlich Pixelgröße und -anzahl mit den bisher überwiegend eingesetzten CCD-Sensoren konkurrieren können, sondern auch zusätzliche Funktionen bieten, mit denen sie besonders flexibel, leistungsfähig und wirtschaftlich werden.

 

Lasertriangulationssensoren

Die Lasertriangulation ist ein absolut messendes Verfahren, mit dem berührungslos Abstände, Konturen und Formen von Werkstücken vermessen werden können. Durch ihren einfachen Aufbau sind Sensoren nach dem Laser-Triangulationsprinzip ebenso robust wie kostengünstig und gehören deshalb zu den am weitesten verbreiteten optoelektronischen Abstands-Mess-Systemen.

 

Laserlichtschnittsensoren

Der Laserlichtschnitt stellt eine Erweiterung des Lasertriangulationsverfahrens dar. Durch die linienförmige Beleuchtung sind Laser-Lichtschnittsysteme in der Lage, die Höhenprofile von Objekten zweidimensional zu erfassen.

 

Optische 3D-Sensoren

Die ständig wachsenden Anforderungen an die Qualität industrieller Produkte machen immer häufiger die exakte Vermessung jedes einzelnen Werkstücks erforderlich. Optische Mess-Systeme bieten einen entscheidenden Zeitvorteil gegenüber den bisher eingesetzten taktil arbeitenden Koordinatenmessmaschinen. Im Beitrag werden die wichtigsten Verfahren skizziert.

 

Infrarot-Sensoren

Moderne Kameratechnik kann in Lichtwellenlängenbereiche vordringen, in denen der Mensch keine Möglichkeit der sinnlichen Wahrnehmung hat. Sie erlaubt damit die Entwicklung von Prüfverfahren, die berührungslos und zerstörungsfrei die großflächige Inspektion auf Fehler hin erlauben, die dem menschlichen Auge verborgen bleiben. Je nach Detektormaterial kann mit Infrarotsensoren in verschiedenen Wellenlängenbereichen und mit sehr unterschiedlichen Empfindlichkeiten gemessen werden.

 

Ultraschallsensoren

Die Ultraschallprüfung ist eine seit Jahrzehnten etablierte Technik mit zahlreichen industriellen Anwendungen. Sie ermöglicht es, zerstörungsfrei auch unter die Oberfläche von Prüfobjekten zu sehen und dabei z. B. Materialfehler, Haftungsfehler oder Gefügeveränderungen abzubilden.

 

Lichtlaufzeitverfahren

Neben der Triangulation kann zur berührungslosen Vermessung der Form eines Objekts auch das Lichtlaufzeitverfahren angewandt werden. Der Vorteil dieser Systeme liegt in der koaxialen Anordnung von Beleuchtungs- und Aufnahmeeinheit, die es beispielsweise ermöglicht, die Tiefe von Bohrungen ohne Abschattungen zu vermessen.

 

Hochgeschwindigkeitskameras

Mit 1000 Bildern pro Sekunde und einer Auflösung von 512 x 512 Bildpunkten liefern Highspeed-Kameras die notwendigen Daten für die Analyse schnell ablaufender Vorgänge. Durch den Einsatz einer farbfähigen digitalen Highspeed-Videokamera können neuerdings wichtige zusätzliche Detailinformationen gewonnen werden.

 

Intelligente Kameras

Noch vor wenigen Jahren bestanden Bildverarbeitungssysteme durchwegs aus einer Vielzahl von Komponenten. Dies machte die Systeme sehr flexibel, führte jedoch auch oft zu einer Überdimensionierung und einem entsprechend hohen Preis. Für viele Anwendungen stellen die sogenannten "Intelligenten Kameras", die alle Komponenten des Bildverarbeitungssystems in einem Aufbau enthalten, eine sinnvolle Alternative dar.

 

Röntgensensoren

Anders als bei Oberflächen-Scan-Verfahren werden bei der Röntgen-Computertomographie auch verdeckt liegende Strukturen abgebildet. Der Beitrag gibt einen Überblick über Funktionsweisen und spezifische Eigenschaften der gegenwärtig erhältlichen Röntgenkamera-Typen und nennt die wesentlichen Kriterien für die Auswahl einer Röntgenkamera.

 

Sensorbeleuchtung

Telezentrische Objektive bilden alle Objekte, die sich innerhalb des Schärfentiefebereichs befinden, unabhängig von deren Position immer gleich groß ab. Diese Eigenschaft macht sie zur idealen optischen Komponente für viele Aufgabenstellungen der industriellen Bildverarbeitung.

 

Objektive

Bei der Auswahl des Objektivs kann die moderne Bildverarbeitungstechnologie auf die Erkenntnisse und die bewährten Produkte aus der Foto-, Film- und Fernsehindustrie zurückgreifen. Allerdings müssen beim Einsatz in Bildverarbeitungssystemen spezifische Bedingungen beachtet werden, die besondere Maßnahmen bis hin zur Spezialkonstruktion von Objektiven erforderlich machen können.

 

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ISBN: 3-8167-5536-4
ISSN: 1618-1565

Titelbild Leitfaden 3
© Fraunhofer-Allianz Vision

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