Bi-telezentrische Objektive: Eine effektive Lösung für hochpräzise Dimensionsmessungen

Bei der Entwicklung optischer Inspektionssysteme für die Präzisionsfertigung ist der Linsentyp einer der wichtigsten, aber oft unterschätzten optischen Parameter. Unter den verschiedenen Linsentypen für die industrielle Bildverarbeitung stellen doppelt telezentrische Linsen eine praktische Lösung für Anwendungen dar, bei denen Maßgenauigkeit entscheidend ist. Um zu verstehen, warum doppelt telezentrische Optiken eine überlegene Messleistung bieten, ist es unerlässlich, ihre Funktionsweise, ihre Vorteile und die Unterschiede zu herkömmlichen und einfach telezentrischen Linsen genau zu kennen.

Die Bedeutung doppelt exzentrischer Systeme in visuellen Systemen

Um den Wert der doppelten Telezentrie zu verstehen, muss man zunächst die Bedeutung der Telezentrie in der Optik verstehen. Bei gewöhnlichen Linsen ändert sich die scheinbare Größe eines Objekts mit seinem Abstand von der Linse: Dies ist eine natürliche Folge der Perspektive.

Dieses Verhalten ist in der Fotografie akzeptabel, da die Bilder natürlich wirken sollen. In der visuellen Messtechnik hingegen führt diese Perspektivänderung direkt zu Messfehlern. Ein Objekt, das nur 1 Millimeter von seiner korrekten Position abweicht, liefert eine deutlich abweichende Messgröße, selbst wenn seine tatsächliche Größe mit der eines Objekts in korrekter Position identisch ist.

Telezentrische Objektive lösen dieses Problem auf einer Seite des optischen Systems. Bei einem objektseitigen telezentrischen Objektiv verläuft der Hauptstrahl – der Strahl, der durch die Mitte der Apertur geht – parallel zur optischen Achse auf der Objektseite des Objektivs. Das bedeutet, dass die Vergrößerung unabhängig von der Position des Objekts innerhalb der verfügbaren Schärfentiefe konstant bleibt. Ob sich das Objekt nahe oder fern vom Objektiv befindet, die Größe seines Bildes auf dem Sensor bleibt immer exakt gleich.

Ein doppelt telezentrisches Objektiv erweitert dieses Prinzip auf beide Seiten des optischen Systems. Bei einer doppelt telezentrischen Konstruktion verlaufen die Hauptstrahlen nicht nur auf der Objektseite, sondern auch auf der Bildseite parallel zur optischen Achse. Dadurch bleibt die Vergrößerung über das gesamte Bildfeld und die Schärfentiefe konstant, selbst wenn die Zielebene geneigt ist oder ihre Höhe relativ zur optischen Achse variiert.

Die Produktpalette von New Vision mit doppelten telezentrischen Objektiven umfasst die HR-Serie und die DZ-SerieBeide weisen eine Telezentrie und eine optische Verzerrung von weniger als 0,1 % auf. Dies sind verifizierte Spezifikationen; es handelt sich nicht um grobe Schätzungen, sondern um Parameter, die durch optische Tests bestätigt wurden.

Die Vorteile der doppelten Exzentrizität für die Dimensionsmessung

Die wichtigsten Vorteile der dualen telezentrischen Optik zeigen sich am deutlichsten bei Koordinatenmessgeräten, Inspektionssystemen für Halbleiterwafer und Anwendungen, die eine Messwiederholgenauigkeit im Subpixelbereich erfordern.

Auswahl zwischen den beiden New Vision-ProduktreihenDie HR-Serie ist die Hauptlinie der doppeltelezentrischen Produkte und bietet vier feste Arbeitsabstände: 65 mm, 110 mm, 150 mm und 220 mm. Die DZ-Serie hingegen ist für hochpräzise Messanwendungen konzipiert und bietet eine maximale Vergrößerung von 10× und eine Auflösung von 0,03 Mikrometern.

Wann ist ein doppelt telezentrisches Objektiv nicht erforderlich?

Doppelt telezentrische Objektive sind nicht immer die beste Wahl; sie sind für Anwendungen gedacht, bei denen das Sichtfeld wichtiger ist als die Messgenauigkeit, wie zum Beispiel:
1. Anwesenheits-/Abwesenheitserkennung, einfache Mustererkennung oder Farbverifizierung, wobei Standard-Industrielinsen in der Regel eine ausreichende Leistung zu geringeren Kosten bieten.
2. Doppelt telezentrische Konstruktionen sind speziell für die Dimensionsmessung optimiert, was Kompromisse hinsichtlich Gewicht, Größe und Kosten mit sich bringt.
Kurz gesagt, ist es genauso wichtig zu verstehen, ob die Anwendung tatsächlich eine duale telezentrische Leistung erfordert, wie das richtige Objektivmodell auszuwählen.