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Wie die Flüssiglinsentechnologie das Barcode-Lesen verändert

Liquid Lens Autofocus Technology Banner

Die neueste Generation von Flüssiglinsen vereinfacht die automatische Scharfstellung, weshalb sie heutzutage die beste Lösung für viele Bildverarbeitungsprobleme sind. Sie eignen sich ideal für das Barcode-Lesen, die Paketsortierung, die Qualitätsprüfung, Automatisierung und andere Zwecke.

Kompromisse bei der Auswahl des passenden Objektivs

Bei der Einrichtung einer Barcode-Leseanwendung ist die Auswahl des besten Objektivs für diese Anwendung wesentlich. Ein Objektiv, das bei einer Anwendung gut funktioniert, kann die Leistung einer anderen merklich verschlechtern, je nach Beleuchtungsbedingungen, Abstand, Größe des abzubildenden Objekts und vielen anderen Faktoren. 

Die Linse nimmt das Licht, das vom Objekt oder dem Zielbereich reflektiert wird, auf und fokussiert es auf den Kamerasensor. Ein Objekt ist scharfgestellt, wenn ein Lichtpunkt auf dem Objekt die kleinstmögliche Fläche auf dem Kamerasensor ist, idealerweise ein Punkt. 

Verschiedene Linsen haben unterschiedliche Stärken und brechen das Licht unterschiedlich, je nach Form und Brechungsindex. Das beeinflusst die Brennweite sowie den Abstand zwischen Linse und Bildsensor, wenn das Objekt scharfgestellt ist. Die Objektivauswahl erfordert Kompromisse zwischen Arbeitsabstand, Sichtfeld und Größe sowie Auflösung des Kamerasensors. 

Wenn sich die Anwendung ändert, muss es auch das Objektiv tun

Wenn das erforderliche Sichtfeld und der Arbeitsabstand einer Anwendung konstant sind, eignet sich eine Kamera mit Festbrennweite am besten. Bei den meisten Anwendungen jedoch können einer oder beide Faktoren variieren, manchmal ständig, manchmal in einzelnen Schritten. Wenn das der Fall ist, muss sich die Scharfstellung ändern, da andernfalls das Bild in nicht annehmbarer Weise beeinträchtigt wird. 

Eine Änderung des Brennpunktes ist in der industriellen Bildverarbeitung ein altbekanntes Problem. In der Vergangenheit bestand eine der Lösungen in der Positionsveränderung des Objektivs, um die Brennweite und damit das Sichtfeld und den Brennpunkt zu ändern. Eine weitere Lösung ist das einfache Umschalten von einem Objektiv auf ein weiteres mit einer anderen Brennweite. 

In letzter Zeit hat die Autofokus-Technologie mit Flüssiglinsen, die ihre Krümmung ändern, die Funktionalität einzelner Kameras verbessert und viele komplexe Mechanismen beseitigt, was zu Veränderungen in industriellen und anderen Anwendungen geführt hat.

Was ist die Autofokus-Technologie und warum ist sie nützlich?

Kameras können viele Methoden verwenden, um den passenden Brennpunkt zu finden. Passive Methoden analysieren das Zielbild mit verschiedenen Algorithmusarten, einschließlich Phasen- und Kontrasterkennung. Aktive Methoden verwenden einen externen Sensor, der den Abstand zum Ziel direkt mittels Laser oder Ultraschall misst. Die Wahl der Methode hängt von den jeweiligen Umständen ab.

Als Reaktion auf das Signal, dass das Objekt nicht scharfgestellt ist oder sich der Abstand verändert hat, ändert die Kameralinse ihre Brennweite, bis das Objekt wieder scharfgestellt ist. 

Der Autofokus funktioniert natürlich in Privatkameras und Mobiltelefonen und wird in der industriellen Bildverarbeitung häufig verwendet. Es bestand jedoch seit langem der Bedarf nach einer einfacheren, flexibleren Art zur Änderung der Scharfstellung. Dies hatte die Entwicklung von Flüssiglinsen zur Folge, die ihre Form und damit ihre Lichtkrümmungsfähigkeit ändern können.

Wie funktionieren Flüssiglinsen?

Flüssiglinsen bestehen aus zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Brechungsindizes in einer Kammer, die sich durch einen als Elektrobenetzung bezeichneten Effekt zu präzisen Linsen formen. Dabei ändern sie die Krümmung auf vorhersehbare Weise, wenn sie elektrischem Strom ausgesetzt sind. Diese Änderung der Krümmung, welche die Brennweite und den Arbeitsabstand verändert, geschieht innerhalb von Millisekunden und kehrt zur ursprünglichen, ungeladenen Form zurück. 

Skizze zur Erläuterung der Flüssiglinse

Eine Flüssiglinse ist, wie eine herkömmliches optische Linse auch, ein einzelnes optisches Element, und wie eine optische Linse gehört sie üblicherweise zu einer Baugruppe mit mehreren Elementen, anstatt allein verwendet zu werden. Eine einzelne Linse allein erzeugt ein Bild mit verschiedenen Mängeln, die man Abbildungsfehler nennt. Dazu zählen unterschiedliche Bildschärfen an verschiedenen Stellen der Linse, Farbsäume und verschiedene Verzerrungen. Optikdesigner verwenden je nach spezifischer Anwendung ein oder mehrere zusätzliche Linsen, um diesen optischen Problemen entgegenzuwirken. In Abhängigkeit von der Anwendung wird die Flüssiglinse an verschiedenen Stellen im Linsenstapel platziert.

Welche Vorteile haben Flüssiglinsen?

Der Autofokus ist für ein bildbasiertes Barcode-Lesegerät von großer Bedeutung, da er sich sofort an Objekte mit unterschiedlichen Abständen, verschiedene Objekttypen und Anforderungen zur Änderung des Sichtfelds anpassen kann. Flüssiglinsen sind allen anderen Methoden hinsichtlich Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit weit überlegen.

Flüssiglinsen sind auch deutlich kleiner und leichter als mechanische Objektive mit vergleichbaren Eigenschaften. Durch die Beseitigung der Mechanismen für die Bildschärfe sowie der Notwendigkeit zur Positionsveränderung der Linsen für eine Änderung der Scharfstellung wird die Kamera kleiner und verliert an Gewicht. Kameras mit Flüssiglinsen können an platzbeschränkten Fertigungslinien und bei Paketverarbeitungsanwendungen eingesetzt werden, wo eine herkömmliche Kamera nicht passen würde.

In industriellen Umgebungen können Stöße und Vibrationen die Bildqualität erheblich beeinträchtigen und eine Neupositionierung oder Neukalibrierung erforderlich machen. Eine Flüssiglinse hat keine beweglichen mechanischen Teile. Abgesehen davon, dass sie nicht unter Verschleiß leiden, sind sie wesentlich stoß- und vibrationsfester. Verliert eine Linse den Brennpunkt, kann es sofort reagieren.

Sie sind viel langlebiger als herkömmliche Linsen. Mechanische Systeme zur Bildscharfstellung, die Motoren und mechanische Führungen beinhalten, verschleißen nach ca. 100.000 Zyklen. Flüssiglinsen hingegen, die keine beweglichen Teile haben, können bis zu 50 Millionen Zyklen aushalten.

Flüssiglinsen sind völlig leise. Das mag bei industriellen Anwendungen keine große Bedeutung haben, kann jedoch ein Vorteil sein, wenn sie in klinischen Bereichen eingesetzt werden.

Spezifische Verwendungszwecke von Flüssiglinsen

Flüssige Autofokus-Linsen lösen viele Probleme auf modernen Hochgeschwindigkeits-Linien. Beim Lesen von 2D-Codes, wo Objekte unterschiedlich groß sind und Codes in verschiedenen Ausrichtungen haben, kann die Scharfstellung schnell von einem Paket zum nächsten abweichen.

Variables Scannen mit Flüssiglinsen

Visuelle Prüfungen von Leiterplatten können aufgrund kleiner Verformungen der Leiterplatte schwierig sein, da sich dadurch der optimale Brennpunkt ändert. Eine Flüssiglinse kann die Brennweite jederzeit bei Bedarf neu einstellen, um den entsprechenden Teil der Leiterplatte weiter zu prüfen. Flüssiglinsen kommen in vielen Anwendungen zum Einsatz, wie zum Beispiel in Laparoskopen, unbemannten Luftfahrzeugen und Lasern.

Flüssiglinsen sind eine transformative Technologie

Flüssiglinsen mit Autofokus machen Barcodeleser in einem breiteren Anwendungsbereich nutzbar, reduzieren die Anzahl der anzuschaffenden Kameras und erhöhen die Lebensdauer. Um mehr über Technologien von Cognex zu erfahren, laden Sie den Produktleitfaden Barcode-Lesegeräte herunter.

 

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