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Die Wahl der richtigen Industriekamera

Industriekameras werden verwendet, um Bilder eines Objektes oder eines untersuchten Ortes für bestimmte Bildgebungsanwendungen wie die Industrial Vision oder die industrielle Automatisierung zu machen. Sie sind Elemente der Bildgebung, die mit Bildgebungslinsen kombiniert werden. Sie enthalten Sensoren, die dazu ausgelegt sind, das von den Bildgebungslinsen empfangene fokalisierte Licht zu einem Bild zu machen. Kameras werden mit zahlreichen Sensorformaten wie CDD- oder CMS-Sensoren konzipiert, die an nahezu alle Anwendungen der Bildgebung angepasst sind. Sie werden breitflächig bei der Produktionskontrolle, dem Objektfluss und der Mikroskopie angewandt. Der vorliegende Einkaufsführer behandelt keine Überwachungskameras, die getrennt vorgestellt werden.

Industriekameras auf einen Blick

  • Die Wahl der richtigen Industriekamera

    Industriekamera der Marke IDS
    Industriekamera der Marke IDS

    Für die richtige Wahl einer Industriekamera müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Als erstes sollten Sie sich die Frage stellen, ob die gewählte Kamera der Aufgabe gerecht wird, die Sie ausführen wollen. Eine Kamera für die Produktionskontrolle hat nicht dieselben Eigenschaften wie eine Kamera, die einen Roboter führt.

    Anschließend ist es wichtig, das Inspektionsspektrum zu überdenken, das für Ihre Anwendung erforderlich ist: brauchen Sie Infrarotlicht, Ultraviolettlicht oder ein anderes Licht?
    Weiterhin müssen Sie zwischen verschiedenen Bildsensoren wählen: CDD-Sensor, CMOS-Sensor, Mikrobolometer oder FPA-Sensor.

    Schließlich ist es noch von grundlegender Bedeutung, unter des vorhandenen die richtige Kommunikationsschnittstelle zu wählen: USB 2.0, USB 3.0, GigE, Camera Link, PoE und VGA.

    Die Wahl jeder einzelnen technischen Eigenschaft richtet sich sowohl nach Ihrer Anwendung als auch nach Ihrem Budget.

    Die wichtigsten Punkte für die Wahl einer Industriekamera

    • Anwendungsbereich
    • Untersuchungsspektrum
    • Bildsensor
    • Kommunikationsschnittstelle
  • Welches Objekt möchten Sie kontrollieren?

    Infrarotsichtkamera der Marke Lumasence
    Infrarotsichtkamera der Marke Lumasence

    Ihre Industriekamera muss an den Kontrollvorgang angepasst sein, den Sie durchführen wollen. Dementsprechend ist es vorrangig, den Gegenstand Ihrer Kontrolle und die Strahlung zu definieren, die die gesuchte Information am besten extrahieren. Diese Strahlung bestimmt das für die Beobachtung mit Ihrer Kamera erforderliche Untersuchungsspektrum. Wenn Ihre Kamera beispielsweise zur Prozessüberwachung eingesetzt wird, ist wahrscheinlich ein relativ breites sichtbares Inspektionsspektrum erforderlich, während eine Ofenkamera ein eingeschränkteres Spektrum im Infrarot benötigt.

    Es gibt mehrere Arten von Kameras mit unterschiedlichen Beobachtungsspektren: Kameras, die nur auf sichtbares Licht reagieren, Infrarot (ermöglicht thermisches Sehen), Röntgenstrahlen (ermöglichen die Durchquerung weicher Materie, daher sehr nützlich für die medizinische Bildgebung), Ultraviolett (auch weit verbreitet in der medizinischen Bildgebung) und Multispektralkameras (sie haben das größte Prüfspektrum, da sie alle anderen Arten von Spektren mit einschließen).

    Da sich das zu steuernde Objekt oder der zu steuernde Prozess in einer industriellen Umgebung befindet, ist es notwendig, die Integration der Kamera (und den Schutz empfindlicher Elemente) zu berücksichtigen. So wird eine Ofenkamera in ein Schutzgehäuse integriert, um sehr hohen Temperaturen standzuhalten.

    Folgende Punkte müssen je nach dem zu kontrollierenden Objekt festgelegt werden:

    • Die am besten passende Strahlung
    • Untersuchungsspektrum der Kamera
    • Integrierung der Kamera in die industrielle Umgebung
    • Kommunikationsschnittstelle
  • Welcher Bildsensor für Ihre Kamera?

    CMOS-Bildsensor (Teledyne)
    CMOS-Bildsensor (Teledyne)

    Es gibt vier Typen von Bildsensoren: CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren, Mikrobolometer und FPA-Sensoren (Focal Plane Array). Um den richtigen Sensor zu finden, ist es wichtig, im Voraus das benötigte Prüfspektrum zu definieren. Ein CCD-Sensor beispielsweise kann keine Infrarotsicht anwenden. Und schließlich wird Ihre Wahl auch von der gewünschten Qualität und von dem Budget bestimmt, über das Sie verfügen.

    Bildsensortypen:

    • CCD
    • CMOS
    • FPA
    • Mikrobolometer
  • Ein CCD-Sensor - für welche Anwendungen?

    CCD-Bildsensor (Teledyne)
    CCD-Bildsensor (Teledyne)

    CCD-Sensoren sind kostengünstig. Damit genießen sie den Vorteil eines ausgezeichneten Preis-Leistungsverhältnisses. Ihr Inspektionsspektrum empfängt jedoch nur Sichtbares. Darüber hinaus haben sie den Nachteil, dass sie sehr blendungsempfindlich sind und eine Reihe von parasitären Elektronen aufweisen, die sich mit steigender Temperatur stark erhöht. Daher ist es manchmal notwendig, die CCD-Sensoren zu kühlen, um ein thermisches Rauschen zu vermeiden. Moderne CCD-Sensoren verfügen allerdings über eine fortschrittlichere Technologie, die eine höhere Qualität ermöglicht, die der eines CMOS-Sensors ähnelt.

    CCD-Sensoren werden insbesondere vielfach in Scannern verwendet.

    Vorteile / Nachteile:

    +++ Preis-/Leistungsverhältnis

     

    – – –  nur empfänglich für Sichtbares

    – – –  blendungsempfindlich

    – – –  temperaturempfindliches Rauschen

  • Ein CMOS-Sensor - für welche Anwendungen?

    CMOS-Bildsensor (Photon Focus)
    CMOS-Bildsensor (Photon Focus)

    CMOS-Sensoren, die teurer sind als CCD-Sensoren, haben mehrere Vorteile. Erstens ist ihre Qualität besser als die von CCD-Sensoren (obwohl die Technologie der neuesten Generation von CCD-Sensoren sie den CMOS-Sensoren näher bringt). Andererseits sind sie an das Schwachlichtsehen angepasst. Der geringe Lichtwert stellt daher kein Problem für Sie dar. Und schließlich haben sie eine höhere Lesegeschwindigkeit als die meisten CCD-Sensoren und niedrige Energiekosten.

    CMOS-Sensoren sind Konkurrenten von CCD-Sensoren und werden auch für die gleichen Anwendungen eingesetzt (Scanner, Labors, Überwachung von Verpackungslinien, etc.).

    Vor-/Nachteile:

    ++++ herausragende Qualität

    ++++ Infrarotempfindlichkeit

    +++ Blendungsbeständigkeit

    +++ Lesegeschwindigkeit

    +++ geringer Energieverbrauch

     

    – – –  hoher Preis

  • Ein Mikrobolometer- für welche Anwendungen?

    Mikrobolometer - Kamera (Chauvin Arnoux)
    Mikrobolometer - Kamera (Chauvin Arnoux)

    Mikrobolometersensoren werden nur für Wärmebildkameras verwendet und arbeiten hauptsächlich mit Infrarotstrahlung. Leichte, mikrobolometrische Sensoren verursachen nur niedrige Energiekosten und ermöglichen eine extrem schnelle Ausgangskommunikation. Sie sind jedoch extrem kostspielig in der Anschaffung. Darüber hinaus sind sie unempfindlicher als Thermosensoren mit gekühltem Detektor, da wie bei CCD-Sensoren die Anzahl der parasitären Elektronen mit der Temperatur steigt. Die kann folglich Auflösungsprobleme verursachen.

    Die kann folglich Auflösungsprobleme verursachen. Es ist jedoch zu bemerken, dass die gegenwärtige Technologie diese Probleme mehr und mehtr regelt, wodurch die Mickobolometer leistungsstärker werden.

    Dank ihres geringen Gewichts, ihrer geringen Größe und ihres geringen Stromverbrauchs können Mikrobolometersensoren an Bauhelmen oder tragbaren Geräten montiert werden.

     

    Vorteile

    • Lesegeschwindigkeit
    • Geringer Energieverbrauch
    • Geringes Gewicht

    NACHTEILE

    • hoher Preis
    • ausschließliche Infrarotempfindlichkeit
    • empfindlich gegen thermisches Rauschen
  • Ein FPA-Sensor - für welche Anwendungen?

    FPA-Bildsensor (Teledyne)
    FPA-Bildsensor (Teledyne)

    Der Hauptvorteil von FPA-Sensoren liegt in ihrer sehr hohen Empfindlichkeit und außergewöhnlichen Bildqualität. Dennoch ist die Bildauflösung nicht sehr hoch (i.A. 320×240 pixels) Diese sehr großen und sehr kostspieligen Bildsensoren werden sowohl in Waffenleit- und Inspektionskameras als auch für Weltraum- und medizinische Bilder eingesetzt.

    Vorteile / Nachteile:

    +++ extrem hohe Empfindlichkeit

    +++ außergewöhnliche Bildqualität

     

    – – –  extrem hoher Preis

    – – – niedrige Bildauflösung

    – – – großer Sensor

  • Welche Kommunikationsschnittstelle sollte man verwenden?

    Steckverbinder für Industriekameras (Vision Reswearch)
    Steckverbinder für Industriekameras (Vision Reswearch)

    Nachdem Sie den Typ des gesuchten Sensors bestimmt haben, müssen Sie die Kommunikationsschnittstelle auswählen, die Sie verwenden möchten. Im Folgenden finden Sie die wichtigsten Kommunikationsschnittstellen der Kamerahersteller. Jede hat ihre eigenen Vor- und Nachteile:

    – USB 2.0: Dieses preiswerte System benötigt ein Kabel (bis zu 5 Meter), um die Kamera anzuschließen. Mit einem theoretischen Durchsatz von bis zu 480 Mbit/s kann dieses System dennoch unzuverlässig in der Datenübertragung sein. Es wurde zum gegenwärtigen Zeitpunkt von USB 3.0 überholt.

    – USB 3.0: Diese Schnittstelle hat ähnliche Funktionen wie USB 2.0, hat aber dennoch einen besseren Durchsatz und eine zuverlässigere Übertragung.

    – CameraLink: Mit einem sehr hohen Durchsatz (bis zu 6 Gbit/s) ist diese sehr kostspielige Kommunikationsschnittstelle perfekt für hohe Auflösungen. Die Länge des Kabels kann 10 m erreichen.

    – GigE (oder Giga-Ethernet): Mit einer Datenrate von bis zu 1 Gbit/s ist diese sehr kostengünstige Kommunikationsschnittstelle vorteilhaft, wenn Sie lange Kabellängen benötigen (sie kann bis zu 100 Meter erreichen).

    – PoE (oder Power Over Ethernet): Seine Geschwindigkeit kann bis zu 1 Gbit/s betragen; sein Hauptvorteil ist, dass er die Kamera gleichzeitig mit der Datenkommunikation mit Strom versorgen kann.

    – VGA (Video Graphic Array): VGA-Karten berücksichtigen Auflösungen von 640×480. Es können bis zu 256 Farben übertragen werden. Diese Schnittstelle wird immer weniger angetroffen.

    Zusammenfassung der Kommunikationsschnittstelle:

    • USB 2 & 3
    • CameraLink
    • GigE
    • PoE
    • VGA
    • FireWire
    • PAL/NTSC
  • Wieviele Megapixel brauchen Sie wirklich?

    Industriekamera 12 Megapixel (Marke Baumer)
    Industriekamera 12 Megapixel (Marke Baumer)

    Je sensibler eine Kamera ist, desto besser lesbar werden Ihre Bilder, selbst bei schwachem Licht. Die Bildqualität richtet sich somit nach der Sensibilität der Kamera und der Bildauflösung. Je höher die Anzahl der Megapixel, desto klarer und präziser das Bild. Wenn Sie genaue Details untersuchen müssen, raten wir Ihnen, eine Kamera mit einer Auflösung von mehr als 1 Megapixel zu wählen. Des Weiteren muss bemerkt werden, dass das Format H.264 extrem leistungsstark ist.

    Megapixelkameras sind heutzutage sehr gängig und erschwinglich geworden.

  • Welches sind die Hauptanwendungen einer Industriekamera?

    Industriekamera der Marke Microscan
    Industriekamera der Marke Microscan

    Industriekameras können die unterschiedlichsten Verwendungen finden.  Sie können zur Produktionskontrolle, zum Durchsatzmanagement, zur Oberflächeninspektion (mit Montage der Kamera auf einem Mikroskop), zur Herstellung elektronischer Bauteile oder zum Führen von Robotern verwendet werden.  Für jede Anwendung gibt es heutzutage die passende Kamera.

    Für die Kontrolle des Produktionsflusses einer Verpackungsanlage ist beispielsweise eine CDD-Kamera ausreichend, die eine nur wenig kostenaufwändige Investition darstellt. Für einen solchen Fall sind die Scangeschwindigkeit (fps) und die Auflösung der Kamera (Megapixelkamera) am wichtigsten. Die Anwendungen der CCD-Kameras können ebenfalls von CMOS-Kameras übernommen werden, die jedoch kostspieliger sind.

    Die extrem hohe Präzision der FPA-Kameras gestattet ihre Verwendung sowohl bei der Führung als auch auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung.

    Wenn Sie eine Kamera brauchen, die Wärmeströme misst, raten wir Ihnen zu einer Mikrobolometerkamera.

  • Welches Leistungsniveau kann mit einer Kamera erreicht werden?

    In einer Kamera steht die Elektronik weniger für die Leistungsstärke als für der Sensor.

    Manche Kameras haben eine gute Bildauflösung bei einer geringen Ermpfindlichkeit und fast ohne thermisches Rauschen. Dieses Phänomen beruht auf der niedrigen Empfindlichkeit des Sensors.

    Andere Kameras dagegen brauchen eine große Sensibilität, um ein sichtbares Bild auch bei schwacher Beleuchtung zu produzieren, ohne dass die Auflösung außergewöhnlich wäre, aber das Ergebnis ist ein starkes thermisches Rauschen, das auf der Empfindlichkeit des Sensors beruht.

    Berücksichtigen Sie auch die Bedeutung der auf der Kamera fixierten Objektive. Ihre optische Qualität, die maximale Blende und die Fokallänge beeinflussen direkt die Qualität der Bilder, die sich auf dem Sensor bilden.

    Die Leistung einer Kamera beeinflusst notwendigerweise stark ihren Preis.

  • Was ist eine intelligente Kamera (Smartkamera)?

    Eine intelligente Kamera, auch SMART Camera genannt, ist eine Kamera, die Bilder gleichzeitig aufnehmen und interpretieren kann.
    Dieser Kameratyp hat verschiedene Vorteile.
    Sie sind zum Einen autonom bei der Bearbeitung der Bilder und ihrer Interpretation und müssen somit nicht mit einem Computer verbunden werden.
    Nach der Interpretierung der Bilder können sie automatische Vorgänge steuern, um Aktionen bei den Prozessen auszulösen, die sie überwachen.
    Schließlich sind diese Kameras sehr kompakt und nehmen damit nur einen geringen Stellplatz in Anspruch.
    Ihre Installierung auf den Produktionslinien ist einfach auszuführen.

  • Tendenzen

    Die Entwicklung von Bildsensoren hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. Die Tendenz geht in Richtung einer ständig steigenden Pixelzahl, aber auch hin zu einer immer stärker werdenden Sensibilität (rückbeleuchtete Sensoren). In Bezug auf die CCD-Technologie kann gesagt werden, dass die Sensoren immer leistungsstärker werden und heute immer mehr Eigenschaften mit den CMOS-Sensoren teilen. Das Ergebnis ist eine bessere Bildauflösung, aber auch eine Begrenzung des thermischen Rauschens bei geringem Licht.

    Was die Kommunikationsschnittstellen angeht, so gewinnen sie ständig an Schnelligkeit bei der Datenübertragung So wird der Austausch von Bildern mit hoher Auflösung über große Entfernungen und ohne Qualitätsverlust möglich, und dies auch in der Industrie. Die Tendenz für die Zukunft besteht in der drahtlosen Übertragung von Daten, insbesondere über WiFi.

    Zu guter Letzt bieten fast alle Hersteller intelligente Kameras in ihren Katalogen an. Sie können Bilder verarbeiten, interpretieren und automatische Vorgänge direkt steuern. Man beobachtet gegenwärtig eine starke Tendenz, die den Kameras immer mehr Autonomie und Intelligenz gibt.

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