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Technologie von Machine Vision Cameras

Machine Vision Cameras spielen eine entscheidende Rolle in Vision-Anwendungen, insbesondere bei der automatisierten Qualitätskontrolle. In Kombination mit Machine Vision Controllern und 2D-Bildverarbeitungssoftware, werden die hochauflösenden Bilddaten analysiert und Fehler als auch Unregelmäßigkeiten in Produktionsprozessen identifiziert.

Was ist eine Machine Vision Camera?

Eine Machine Vision Camera, auch Industriekamera genannt, ist wichtiger Bestandteil eines 2D-Bildverarbeitungssystems. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Bilder aufzunehmen, die anschließend durch eine Kombination aus Hardware und Software verarbeitet werden. Die gewonnenen Informationen werden für verschiedene Anwendungen aufbereitet.

Ein typisches Beispiel für eine Bildverarbeitungsanwendung in einem Fertigungssystem ist die Qualitätskontrolle, Anwesenheitskontrolle und Vollständigkeitskontrolle. Hierbei wird ein bestimmtes Merkmal eines Teils analysiert, das auf einem Fließband produziert wird. So kann überprüft werden, ob das Teil den Qualitätskriterien entspricht oder gegebenenfalls aussortiert werden muss.

Die Kamera ist ein Bestandteil des Bildverarbeitungssystems. Dieses besteht aus folgenden Komponenten:

Hauptkomponenten von 2D-Bildverarbeitungssystemen

Auswahlhilfe für das passende Objektiv

Passendes Objektiv für die Industriekamera einfach und automatisch über den Vision Calculator ermitteln lassen:

Der Unterschied zwischen Machine Vision Cameras und Smart Cameras

Machine Vision Cameras

  • Bildauswertung erfolgt über den Machine Vision Controller und die Bildverarbeitungssoftware

  • Anschluss mehrerer Kameras an einen einzigen Machine Vision Controller möglich

  • Schnellere Prozesszeiten durch hohe Rechenleistung des Machine Vision Controllers

  • Für Inspektionsaufgaben mit sehr hoher Auflösung geeignet

  • Kompakte Kamerabauform



 

Smart Cameras

  • Bildaufnahme- und auswertung erfolgt in der Smart Camera über die Bildvearbeitungssoftware

  • Datenausgabe über integrierte Schnittstellen

  • Beleuchtungstechnik optional integriert

  • Kein zusätzlicher Controller erforderlich



 

Einsatzmöglichkeiten von Machine Vision Cameras

Positionskontrolle

Positionierung Robotik

Teilevermessung

Qualitätskontrolle

Anwesenheitskontrolle

Prozessüberwachung

Code Reading

Zuverlässige Lösung für branchenübergreifende Anwendungen

Automobilindustrie

  • Qualitätsinspektion von Pkw-Innentüren

  • Qualitätsinspektion von Motorblöcken

  • Positionserkennung für automatisiertes Verschrauben

Elektroindustrie

  • Lagekontrolle von Platinen

  • Kontrolle der Ausrichtung von Bauteilen

  • Inspektion von Steckverbindern und Kabeln

Verpackungsindustrie

  • Überprüfung von Verpackungen auf Beschädigungen, Verschmutzungen oder fehlende Etiketten

  • Labelkontrolle von Verpackungen

  • Mindesthaltbarkeitsprüfung auf PET-Flaschen

Lebensmittelindustrie

  • Ausrichtung von Getränkedosen 

  • Labelkontrolle an Verpackungen

  • Inspektion von Tethered Caps

Das ist der Unterschied zwischen Flächen- und Zeilenkameras

Die folgende Tabelle fasst die Hauptunterschiede zwischen Flächen- und Zeilenkameras zusammen:

Flächenkameras

Bildaufnahme von vollständigen 2D-Flächen (mit einer Aufnahme)
Hohe Bildqualität
Ideal für stationäre Objekte
Geeignet für die allgemeine Bildverarbeitung



Zeilenkameras

Bilderfassung erfolgt zeilenweise  (Bewegung ist notwendig, um das Objekt zu erfassen)
Bildqualität abhängig von der Bewegung und Bildaufnahmezeitpunkt
Ideal für Anwendungen mit bewegten Objekten und Endlosmaterialien 
Hohe Geschwindigkeit

Funktionsweise von CMOS-Sensoren mit Global oder Rolling Shutter

Bei CMOS-Bildsensoren gibt es zwei Belichtungsverfahren, welche steuern, wie ein Bild aufgenommen und ausgelesen wird. Diese Verfahren bestimmen die Belichtungszeit und somit die Lichtmenge, die im Kamerasensor in Elektronen umgewandelt als Wert ausgegeben wird. Man unterscheidet zwischen Global Shutter und Rolling Shutter:

Global Shutter

Gesamte Bildfläche wird zeitgleich belichtet 
Für statische und dynamische Anwendungen
Keine Bildverzerrung bei bewegten Objekten

Rolling Shutter

Zeilen werden zeitlich versetzt belichtet
Für statische Anwendungen
Bildverzerrungen bei schnellen Objektbewegungen (Rolling Shutter Effekt)
Aufnahme von Standbildern 

Der Rolling Shutter Effekt

Beim Rolling Shutter ist die Belichtungszeit für alle Pixel des Sensors gleich, jedoch erfolgt die Belichtung der einzelnen Zeilen nacheinander mit einer zeitlichen Verzögerung. Der Rolling Shutter Effekt tritt auf, wenn ein Objekt sich schneller bewegt als die Belichtungs- und Auslesezeit, wodurch das Bild aufgrund der Belichtung verzerrt wird.

Monochrom- oder Farbkamera? Wann verwende ich was?

Tatsächliches Bild

Bildaufnahme mit einer Monochromkamera

Eine Monochromkamera ist in der Lage, die Objekte vom Hintergrund zu unterscheiden.

Bildaufnahme mit einer Farbkamera

Eine Farbkamera ist in der Lage, die Objekte voneinander und vom Hintergrund zu unterscheiden.

In der industriellen Bildverarbeitung unterscheidet man zwischen Monochrom- und Farbkameras. Monochromkameras erfassen Graustufen und konzentrieren sich dabei auf die Helligkeitsunterschiede im Bild. Dadurch sind sie besonders gut für Anwendungen geeignet, die feine Kontraste und Details erfordern wie z. B. bei der Inspektion von Oberflächen oder der Messung von Objekten.

Farbkameras hingegen können Farbinformationen aufnehmen, was ihnen ermöglicht, Oberflächen präziser zu erfassen. Sie analysieren das gesamte Farbspektrum und bieten dadurch eine detailliertere und vielseitigere Bildwiedergabe. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen Farbe eine wichtige Rolle spielt, wie z. B. in der Qualitätskontrolle von Produkten, wo Farbunterschiede auf Materialfehler hinweisen können.

Das ist beim Einbau von Machine Vision Cameras zu beachten

Um eine zuverlässig Bildaufnahme zu gewährleisten, sind bei der Justierung der Industriekamera folgende Hinweise zu beachten.
Neben der optimalen Ausrichtung der Kamera spielt die Positionierung der Beleuchtung eine wichtige Rolle. Die Form des zu untersuchenden Objekts ist entscheidend für die Art und Weise, wie das Licht die Kamera erreicht, um einen möglichst hohen Kontrast zu erzeugen. Wichtig zu beachten ist beispielsweise der Winkel und die dadurch entstehenden Reflexionen. 

Die Schnittstelle von Machine Vision Cameras

Eine Ethernet-Schnittstelle für industrielle Kameras ermöglicht die Übertragung von Bilddaten über ein Netzwerk. Diese Schnittstelle wird häufig in der industriellen Bildverarbeitung eingesetzt, um Kameras mit Machine Vision Controllern oder anderen Geräten zu verbinden.

Gigabit Ethernet (GigE)

Gigabit Ethernet (GigE) ist eine Ethernet-Technologie, die Datenübertragungsraten von bis zu 1 Gigabit pro Sekunde (1 Gbit/s) ermöglicht. Die wesentlichen Merkmale von Gigabit Ethernet im Zusammenhang mit industriellen Kameras sind:
 
  • Schnelle Übertragung großer Bilddatenmengen

  • Einfache Integration dank Protokollstandard

  • Mehrere Kameras können in einem Netzwerk betrieben werden


Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Machine Vision Camera über ein Kabel mittels PoE (Power over Ethernet) anzuschließen, wodurch sowohl die Stromversorgung als auch die Datenübertragung über einen einzigen Anschluss erfolgen.


Auflösung

Die Auflösung eines Sensors gibt die Anzahl der Pixel an: je höher die Auflösung, desto kleiner die Pixelgröße bei gleicher Sensorgröße und desto feiner die erkennbaren Details. Sensoren können bei gleichen Abmessungen unterschiedliche Auflösungen aufweisen, da die Pixelgröße variieren kann. 

Bildfrequenz

Die Bildfrequenz, gibt die Anzahl der vollständigen Bilder an, die eine Kamera pro Sekunde erfasst. Eine höhere Bildfrequenz ermöglicht viele Bildaufnahmen bei Anwendungen mit schnellen Abläufen.

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit bestimmt, wie viel Licht auf den CMOS-Sensor fällt und beeinflusst somit die Helligkeit des aufgenommenen Bildes. Eine längere Belichtungszeit führt zu helleren Bildern, kann jedoch auch zu Bewegungsunschärfe und erhöhtem Bildrauschen führen. Eine kurze Belichtungszeit ermöglicht schnelle Anwendungen und reduziert die damit verbundene Bewegungsunschärfe. 

Die passende Auflösung für jede Anwendung

AuflösungGenauigkeitBeispiele
1,6 MPAnwendungen, die keine extrem hohe Auflösung erfordernOptische Zeichenerkennung, Montagekontrolle, Anwesenheitskontrolle
5 MPAnwendungen, die eine mittlere Detailgenauigkeit erfordernInspektionen von Verpackungen
12 MPAnwendungen, die eine hohe Präzision erfordernInspektion feiner mechanischer Teile
24 MPAnwendungen, die eine sehr hohe Auflösung und Detailgenauigkeit erfordernPrüfung von Leiterplatten auf fehlerhafte Bauteile
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