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ROBUSTE OBJEKTIVE
November 2017 | Weitere Themen aus dem Bereich Trends in der Optik

Übersicht

 

Objektive für die Bildverarbeitung in extremen Umgebungen müssen entsprechend belastbar sein.

 

Belastbarkeit wird unterschiedlich definiert.

 

Für neue Anwendungen ist eine noch höhere Belastbarkeit gefragt.

 

Anforderungen an Belastbarkeit: Geringerer Pixelshift und Erhaltung der Punktstabilität

Objektive in extremen Umgebungen müssen besondere Anforderungen erfüllen, die über die Erwartungen an normale Standardobjektive hinausgehen. In der Fertigungsautomatisierung, Robotertechnik sowie Industrieinspektion verwendete Objektive sind oft Vibrationen, Stößen, Temperaturänderungen und Verunreinigungen ausgesetzt. Durch eine robustere Ausführung sollen diese Objektive extremen Anforderungen widerstehen. Dies wird zunehmend bedeutsamer, da weltweit neue Märkte wie Robotertechnik, Automatisierung und autonome Systeme an Bedeutung gewinnen. Die meisten Objektive, die als "belastbar", "robust" oder "für extreme Umgebungen geeignet" bezeichnet werden, sind robuste Ausführungen für die Industrie, um Kosten zu senken und Fokusänderungen durch Stöße und Vibrationen zu verhindern. Dazu wird die Mechanik vereinfacht. Diese branchenübliche, robustere Ausführung für die Industrie reicht jedoch für anspruchsvollste Anwendungen nicht aus, bei denen auch die Kalibrierung eines Bildverarbeitungssystems erhalten bleiben muss. Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Belastbarkeit sind sogenannte stabilisierte Ausführungen, um Pixelshifts zu reduzieren und die Objektive vor Stößen und Vibrationen zu schützen.

Robustere Ausführung für die Industrie ("industrial ruggedization") – Vorteil: Kostensenkung

Bei robusten Industrieprodukten wird die Objektivmechanik vereinfacht, indem die verstellbare Blende durch eine feste Apertur und der nicht mitdrehende Doppelgewindezylinder durch ein Einfachgewinde und eine stabile Feststellmechanik ersetzt werden, beispielsweise durch eine Klemme, Mutter oder Feststellschraube. Die geringere Zahl beweglicher Teile senkt die Kosten für das Objektiv und es wird im Vergleich mit standardmäßigen Bildverarbeitungsobjektiven stabiler, sodass es unwahrscheinlicher ist, dass der Fokus des Objektivs durch geringfügige Stöße oder Vibrationen verändert wird. Starke Stöße und Vibrationen führen jedoch auch hier zur Dezentrierung der einzelnen Optikkomponenten im Objektiv und zu einem Pixelshift – d. h. die Objekte sind einem falschen Punkt auf dem Bildverarbeitungssensor zugeordnet (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2).

Edmund Optics Ungestörtes System, bei dem das Objektfadenkreuz mit dem Bildfadenkreuz übereinstimmt.
Figur 1: Ungestörtes System, bei dem das Objektfadenkreuz mit dem Bildfadenkreuz übereinstimmt.
Edmund Optics Gestörtes System, bei dem die Linsen im Zylinder dezentriert sind, sodass es zu Pixelshifts und damit zu Änderungen der optischen Punktstabilität kommt. Das Objektfadenkreuz wird einem anderen Punkt auf dem Bild zugeordnet und dadurch wird die Systemkalibrierung gestört.
Figur 2: Gestörtes System, bei dem die Linsen im Zylinder dezentriert sind, sodass es zu Pixelshifts und damit zu Änderungen der optischen Punktstabilität kommt. Das Objektfadenkreuz wird einem anderen Punkt auf dem Bild zugeordnet und dadurch wird die Systemkalibrierung gestört.

Typische Anwendungen:

  • Situationen, in denen ein System einmal konfiguriert und danach nicht mehr verändert werden soll
  • Kostengünstige Systeme

Vorteile:

  • Geringere Kosten als bei standardmäßigen Bildverarbeitungsobjektiven
  • Durch schwache Stöße und Vibrationen wird der Fokus weniger verändert als bei Standardobjektiven
  • Hohe Wiederholbarkeit bei mehreren Objektiven

Nachteile:

  • Durch Stöße und Vibrationen kann es dennoch zu Pixelshifts kommen
  • Das Objektiv ist nicht vor starken Stößen geschützt
  • Fehlende Flexibilität: Die Apertur kann nicht ohne Weiteres verändert werden
  • Der Fokus-Verstellweg ist nicht so glatt und problemlos zu ändern wie bei Standardobjektiven

Stabilisierte Ausführung ("stabilized ruggedization") - Schutz vor Stoß- oder Vibrationsbelastungen

Durch die stabilisierte Ausführung sind die Objektive besser vor stärkeren Vibrationen und Stößen geschützt als die robusten Ausführungen für die Industrie, außerdem bleibt die optische Punktstabilität und Positionierung erhalten. Stabilisierte Ausführungen von Objektiven besitzen die gleichen einfachen Mechaniken wie robuste Industrieobjektive. Es fehlt beispielsweise die verstellbare Blende, die Fokuseinstellung ist vereinfacht und alle Einzelelemente in dem Objektiv sind mit Kleber fixiert, um Bewegungen im Gehäuse zu verhindern. Dadurch bleibt der Fokus auch bei starken Stößen und Vibrationen erhalten und es kommt nicht zu einem Pixelshift, was bei kalibrierten Bildverarbeitungssystemen besonders wichtig ist. In Abbildung 3 und 4 ist zu erkennen wie sich durch den fehlenden Pixelshift die Bildeigenschaften verbessern. Durch die stabilisierte Ausführung können kalibrierte Gerät an einem Standort gefertigt und an einen anderen Standort geliefert werden, ohne dass die Kalibrierung verloren geht. Die meisten als "belastbar" bezeichneten Objektive sind robuste Ausführungen für die Industrie und weisen nicht die zusätzlichen Vorteile stabilisierter Ausführungen auf.

STANDARDBILDVERARBEITUNGSOBJEKTIV
Edmund Optics Ruggedized Objektve Linien Kunst
Figur 3: Da das Bildverarbeitungssystem aufgrund von Vibrationen oder Stößen wackelt, wackelt auch das Bild auf dem Kamerasensor, und es kommt jedes Mal zu einer Bildverschiebung auf andere Pixel. Der Pixelshift wird durch bei Vibrationen dezentrierte Linsenelemente im Objektivgehäuse verursacht und führt dazu, dass sich das Objekt auf dem Bild verschiebt. Im Bild oben können Sie sehen wie sich die blauen Linsenelemente im Objektivgehäuse bewegen und so die Bildbewegung auf dem Sensor verursachen.
STABILISIERTE UND ROBUSTE OBJEKTIVE DER Cr SERIE
Edmund Optics Ruggedized Objektive Linien Kunst
Figur 4: Anders als bei Standardbildverarbeitungsobjektiven wird der Pixelshift bei den stabilisierten, robusten Objektiven minimiert. Auch wenn das Bildverarbeitungssystem Stößen oder Vibrationen ausgesetzt ist, bleiben die Linsenelemente in dem Objektivgehäuse in ihrer Position unverändert. In dem Bild oben sehen Sie, dass die blauen Linsenelemente in dem Objektivgehäuse und das Bild auf dem Sensor unverändert bleiben.

Typische Anwendungsgebiete:

  • Kalibrierte Bildverarbeitungssysteme
  • Messungen und Prüfungen
  • 3D-Stereobilder
  • Robotik und Sensortechnik
  • Autonome Systeme
  • Objektverfolgung
Edmund Optics Typische Anwendungsgebiete

Vorteile:

  • Kein Pixelshift nach Stößen und Vibration
  • Besser vor stärkeren Stößen geschützt als robuste Objektive für die Industrie
  • Hohe Wiederholbarkeit bei mehreren Objektiven

Nachteile:

  • Fehlende Flexibilität: Die Apertur kann nicht ohne Weiteres verändert werden
  • Der Fokus-Verstellweg ist nicht so glatt und problemlos zu ändern wie bei Standardobjektiven

Webinar: Verschiedene Arten von "ruggedization" bei Objektiven

Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Möglichkeiten robuster Ausführungen in unserem Webinar von Greg Hollows, Leiter des Fachbereichs Imaging bei Edmund Optics®..

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Stabilisierte Objektive von Edmund Optics®

Edmund Optics® ist einer der führenden Anbieter von stabilisierten Bildverarbeitungsobjektiven und fertigt auf Anfrage robuste Objektive. Diese Objektive eignen sich ideal für extreme Umgebungen mit Stoß- und Vibrationsbelastungen sowie für kalibrierte Bildverarbeitungsanwendungen, beispielsweise autonome Fahrzeuge, sichtgesteuerte Robotertechnik, Mess- und Prüfeinrichtungen sowie die Objektverfolgung.

TECHSPEC® Objektive der Cr (“Compact Ruggedized”) Serie

 

Stabilisierte Ausführungen minimieren die Pixelshifts nach Stoß- und Vibrationsbelastungen.

 

Die einzelnen Elemente des Objektivs sind im Gehäuse verklebt, um die optische Punktstabilität zu erhalten.

 

Die Objektive bieten einen vereinfachten Fokussiermechanismus, es ist eine breite Auswahl an festen Blenden verfügbar.

 

Es gibt eine Fokusarretierung aus Edelstahl mit C-Mount.
WEITERE INFO

Häufig gestellte Fragen

Edmund Optics Häufig gestellte Fragen  Wo finde ich weitere Informationen zu den verschiedenen Arten von Robustheit?
Weitere Informationen zu den verschiedenen robusten Bildverarbeitungsobjektiven ("Stability Ruggedization" = höhere Stabilität, "Industrial Ruggedization" = für Industrieanwendungen) finden Sie in unseren Anwendungshinweisen und Whitepapern im Bereich Tipps & Downloads am Ende der Seite.
Edmund Optics Häugig gestellte Fragen  Meine Anwendung erfordert andere technische Daten als für die Standardobjektive angegeben. Gibt es kundenspezifische Versionen?

Ja, Edmund Optics® vefügt über erfahrene Optik- und Mechanikingenieure sowie Fertigungseinrichtungen nach dem neusten Stand der Technik zur Produktion von Prototypen und Serien. Wir liefern das Objektiv, das Sie für Ihre Anwendung brauchen. Weitere Informationen erhalten Sie bei unseremtechnischen Vertrieb.

Edmund Optics häufig gestellte Fragen  Ich verwende derzeit ein anderes Bildverarbeitungsobjektiv von Edmund Optics®. Kann ich dieses Objektiv in einer robusten Ausführung erhalten?

Ja, wir können das Objektiv als robuste Ausführung liefern und auch weitere Modifikationen vornehmen, wie beispielsweise Änderungen des Gehäuses oder des Arbeitsabstands, Integration von Filtern oder Flüssiglinsen, Austausch der Blende und viele mehr. Weitere Informationen erhalten Sie bei unserem technischen Vertrieb.

Edmund Optics häufig gestellte Fragen  Sind für die Objektive der Cr Serie Zemax-Daten erhältlich?
Ja, bitte senden Sie uns eine entsprechende Anfrage. Unser technischer Vertrieb wird mit Ihnen Kontakt aufnehmen.
Edmund Optics häufig gestellte Fragen  Können Objektive durch die robuste Ausführung versiegelt werden?
Der Schutz gegen Umwelteinflüsse ist eine andere Variante robuster Ausführungen, bei denen Objektive mit O-Ringen oder RTV-Silikon abgedichtet werden, um sie wasserdicht, staubdicht oder nebelunempfindlich zu machen. Edmund Optics bietet standardmäßig eine Serie von versiegelten robusten Objektiven an, die TECHSPEC® HEO Serie M12 μ-Video™ Bildverarbeitungsobjektive. Weitere Informationen über robuste, gegen Umwelteinflüsse versiegelte Produkte finden Sie in unserem Anwendungshinweis zu robusten Ausführungen von Bildverarbeitungsobjektiven.

Tipps & Downloads

Anwendungshinweise

Technische Informationen und Anwendungsbeispiele einschließlich theoretischer Erklärungen, Gleichungen, grafischer Darstellungen und vielem mehr.

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Veröffentlichte Artikel

Links zu Artikeln aus Fachzeitschriften, verfasst von unseren Ingenieuren.

"Lens sees clearly even through shock and vibration" veröffentlicht von Jessica Gehlhar and Cory Boone - Design World
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