Objektivausrichtung
Bessere Bilder mit Active Alignment - Teil 2/2
Die Wahl der passenden Optik ist neben dem Einsatz einer geeigneten industriellen Bildverarbeitungskamera ein wichtiger Erfolgsfaktor. Konkurrierende Anforderungen wie der Bedarf hoher Präzision und Einhaltung eines Kostenrahmens erschweren eine Entscheidung. Hier stellt die optimale Ausrichtung der optischen Achse beim Zusammenbau der Systemkomponenten einen alternativen Lösungsansatz dar.
Bild: Allied Vision Technologies GmbH
Bild: Allied Vision Technologies GmbHNicht nur die optimale Ausrichtung von Sensor und Frontflansch des Gehäuses, wie in Teil 1 dieser Serie beschrieben, beeinflussen die Bildqualität. Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor entlang der optischen Achse zwischen Sensorboard und dem Inspektionsobjekt liegt in der Präzision des Objektivs.
Bild: Allied Vision Technologies GmbH
Bild: Allied Vision Technologies GmbH
Genauso wie der Sensor im Verhältnis zum Gehäuse in drei verschieden Richtungen geneigt, verschoben oder gedreht sein kann, kann eine Objektiv von der Linie abweichen. Je nach Richtung und Stärke ergeben sich verschiedene Effekte, die die gewünschte Bildqualität beeinflussen. Eine Neigung führt zu Verwischung der seitlichen Ränder. Bei einer Verschiebung nach oben oder zur Seite verlagert sich der Bildausschnitt und bei einer Verschiebung entlang der optischen Achse verlagert sich der Fokuspunkt.
Ein besonderes Augenmerk sollte auf den Randbereich des Bildes gelegt werden. Denn üblicherweise ist ein Sensor rechteckig und die Linse eines Objektivs rund. Je nach Qualität des Objektivs treten allein dadurch oft schon Qualitätsverluste im Randbereich auf. Dieser Effekt ist besonders ungünstig für Anwendungen mit überlappenden oder aneinandergereihten Bildern, die alle die gleiche Schärfe und Bildqualität aufweisen müssen. Die Effekte können bei Sensoren mit höheren Auflösungen und kleineren Pixelgrößen zunehmen.
Bild: Allied Vision Technologies GmbHActive Lens Alignment
Vermeiden lassen sich die Effekte durch die optimale Ausrichtung der Linse auf die Kamera. Die präzise Ausrichtung des Sensors mit dem Gehäuse wurde bereits durch das Active Sensor Alignment sichergestellt (siehe Artikel Teil 1). Die manuelle Ausrichtung beim Montieren des Objektivs würde sehr viel Zeit und eine sehr erfahrene Hand erfordern. Auch lässt sich nicht sofort der gewünschte Effekt kontrollieren, sodass jeder Vorgang mehrmals angepasst und wiederholt werden müsste. Und bei der nächsten Kamera lässt sich das Ergebnisse auch nicht einfach reproduzieren. Die Ausrichtung müsste bei jeder Kamera neu durchgeführt werden. Die Kosten einer speziellen Ausrichtungsanlage stehen für viele Systemhersteller in keinem Verhältnis zum Produktionsvolumen. Zumal sie oft keine Bildverarbeitungsexperten sind und die Produktion nicht unter Reinraumbedingungen stattfindet.
Allied Vision hat sich deswegen entschieden, sein Serviceangebot rund um die Alvium-Kameraserie zu erweitern, und bietet für seine Kameras eine Active Lens Aligment an. Dabei wird das gewählte S-Mount-Objektiv mit der entsprechenden Alvium-Kamera in einem Produktionsprozess aufeinander ausgerichtet und dann mithilfe eines speziellen, im Weltraum getesteten Klebers fixiert. Das zu montierende Objektiv wird auf das Gewinde gesetzt. Um den notwendigen Spielraum beim Ausrichten zu haben, wurde das Gewinde zuvor angeschliffen. Bei aktivem Sensor werden mithilfe von 5 Targets die linken und rechten oberen und unteren Ecken des Sensors ausgerichtet, wobei der mittlere Pixel auf der aktiven Sensoroberfläche wieder als Referenzpunkt dient. Ist die ideale Position erreicht, wird der Kleber ins Gewinde gegeben und ausgehärtet. Damit ist vom Sensorboard bis zur Linse ein geschlossenes System entstanden, das dank der Reinraumbedingungen keine Verunreinigungen enthält und auch in Zukunft davor geschützt ist.
Durch diese Methode erhalten die kostengünstigeren S-Mount-Objekte eine gleichbleibend hohe Präzision, mit der sie qualitativ hochwertige Bilder liefern und unerwünschte Effekte wie Unschärfen, Fokusdrift und zu hohe Varianzen in den generierten Bildern vermeiden. Vom Sensor bis zur Linse optimal ausgerichtet können S-Mount-Objekte auch eine preislich attraktive Alternative zu teureren C-Mount-Objektiven darstellen.
Bild: Allied Vision Technologies GmbHActive Lens Alignment
Vermeiden lassen sich die Effekte durch die optimale Ausrichtung der Linse auf die Kamera. Die präzise Ausrichtung des Sensors mit dem Gehäuse wurde bereits durch das Active Sensor Alignment sichergestellt (siehe Artikel Teil 1). Die manuelle Ausrichtung beim Montieren des Objektivs würde sehr viel Zeit und eine sehr erfahrene Hand erfordern. Auch lässt sich nicht sofort der gewünschte Effekt kontrollieren, sodass jeder Vorgang mehrmals angepasst und wiederholt werden müsste. Und bei der nächsten Kamera lässt sich das Ergebnisse auch nicht einfach reproduzieren. Die Ausrichtung müsste bei jeder Kamera neu durchgeführt werden. Die Kosten einer speziellen Ausrichtungsanlage stehen für viele Systemhersteller in keinem Verhältnis zum Produktionsvolumen. Zumal sie oft keine Bildverarbeitungsexperten sind und die Produktion nicht unter Reinraumbedingungen stattfindet.
Allied Vision hat sich deswegen entschieden, sein Serviceangebot rund um die Alvium-Kameraserie zu erweitern, und bietet für seine Kameras eine Active Lens Aligment an. Dabei wird das gewählte S-Mount-Objektiv mit der entsprechenden Alvium-Kamera in einem Produktionsprozess aufeinander ausgerichtet und dann mithilfe eines speziellen, im Weltraum getesteten Klebers fixiert. Das zu montierende Objektiv wird auf das Gewinde gesetzt. Um den notwendigen Spielraum beim Ausrichten zu haben, wurde das Gewinde zuvor angeschliffen. Bei aktivem Sensor werden mithilfe von 5 Targets die linken und rechten oberen und unteren Ecken des Sensors ausgerichtet, wobei der mittlere Pixel auf der aktiven Sensoroberfläche wieder als Referenzpunkt dient. Ist die ideale Position erreicht, wird der Kleber ins Gewinde gegeben und ausgehärtet. Damit ist vom Sensorboard bis zur Linse ein geschlossenes System entstanden, das dank der Reinraumbedingungen keine Verunreinigungen enthält und auch in Zukunft davor geschützt ist.
Durch diese Methode erhalten die kostengünstigeren S-Mount-Objekte eine gleichbleibend hohe Präzision, mit der sie qualitativ hochwertige Bilder liefern und unerwünschte Effekte wie Unschärfen, Fokusdrift und zu hohe Varianzen in den generierten Bildern vermeiden. Vom Sensor bis zur Linse optimal ausgerichtet können S-Mount-Objekte auch eine preislich attraktive Alternative zu teureren C-Mount-Objektiven darstellen.
Allied Vision Technologies GmbH
Dieser Artikel erschien in inVISION 4 (September) 2022 - 14.09.22.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
