Verständnisfragen: Teil 2

Q01Wirkungsvolle farbige Beleuchtung

Was ist Ihnen lieber, Gold oder Silber? Was den Wert anbelangt, werden Sie sich sicherlich für Gold entscheiden, aber ansonsten gehören Farben im Alltag zum persönlichen Geschmack. Nicht so in der Technik. Gold und Silber erscheinen in einem Graustufenbild fast gleich, da sie eine sehr ähnliche Reflexionseigenschaft besitzen.

Mit weißer Beleuchtung

Bild von einer Farbkamera
Bild von einer Schwarzweiß-Kamera

Welche der nachfolgenden Beleuchtungsfarben liefert den stärksten Kontrast zwischen Gold und Silber?

  1. Rot
  2. Blau
  3. Gelb
  4. Grün

Richtige Antwort:B.Blau

Wenn wir die Farben Gold und Silber vergleichen stellen wir fest, dass Silber eine starke Reflexion über einen breiten Bereich des sichtbaren Spektrums aufweist, wohingegen die Reflexion von Gold im blauen Wellenlängenbereich (500 nm) und darunter deutlich abfällt. Daher erscheint ein Messobjekt, das goldene und silberne Bereiche enthält und blau beleuchtet wird, dunkler.

Blaue Beleuchtung

Blaue Beleuchtung
Graufstufenbild

Rote Beleuchtung

Rote Beleuchtung
Graufstufenbild

Blaue Beleuchtung lässt Gold dunkler erscheinen und liefert somit den besten Kontrast zwischen Gold und Silber.

Q02Außendurchmessermessung & Objektivauswahl

Vorgehen beim Messen eines Außendurchmessers von 10 mm auf einem zylindrischen Objekt mit einem Bildverarbeitungssystem.

Welches der nachfolgenden Objektive ist für die genannte Aufgabe grundsätzlich am besten geeignet?

  1. Ein Objektiv mit einer Brennweite von 6 mm
  2. Ein Objektiv mit einer Brennweite von 25 mm
  3. Ein telezentrisches Objektiv

Ordnen Sie (1), (2) und (3) nach Ihrer Eignung (am besten geeignetes zuerst)

  1. (2)→(1)→(3)
  2. (3)→(2)→(1)
  3. (1)→(2)→(3)

Richtige Antwort:B.(3) → (2) → (1)

(a) 6-mm-Objektiv

(a) 6-mm (0.24

(b) 25-mm-Objektiv

(b) 25-mm (0.98

(c) Telezentrisches Objektiv

(c) Telecentric lens

Bei Abmessungsprüfungen per Bildverarbeitungssystem können sich die Objektiveigenschaften erheblich auf die Präzision auswirken. Das hat mit den grundsätzlichen Unterschieden zwischen drei Objektivarten zu tun: telezentrisch, kurze Brennweite und lange Brennweite. Ein Objektiv mit kurzer Brennweite weist in der Regel einen breiten Betrachtungswinkel auf (“Weitwinkel”).

Dadurch kommt es zu erheblichen Änderungen der Bildgröße, wenn sich der Abstand zwischen Messobjekt und Kamera ändert. Mit anderen Worten: Wenn Sie Abmessungen bestimmen möchten, werden Sie umso einheitlichere Ergebnisse erzielen, je kleiner der Betrachtungswinkel des verwendeten Objektivs ist. Wenn man ein 25-mm-Objektiv und ein 6-mm-Objektiv vergleicht, ist daher das 25-mm-Objektiv mit seinem schmaleren Betrachtungswinkel für diese Art der Qualitätskontrolle besser geeignet. Die Optik eines telezentrischen Objektivs ist so konstruiert, dass es einen gegen 0° gehenden Betrachtungswinkel aufweist, was für Abmessungsprüfungen ideal ist. Somit ist ein telezentrisches Objektiv hier am besten geeignet.

Also lautet die richtige Antwort:B. (3)Telezentrisches Objektiv→(2)25-mm-Objektiv→(1)6-mm-Objektiv

Q03Bildverbesserungsfi lter für die Vorverarbeitung

Es stehen unterschiedlichste Vorverarbeitungsfilter zur Auswahl, um die von der Kamera gelieferten Rohbilder zu bearbeiten. Durch die effektive Verwendung von Vorverarbeitungsfiltern lässt sich eine sehr deutliche Stabilisierung von Qualitätskontrollen erzielen.

Welcher Filter eignet sich am besten, um den bei den nachfolgenden Bildern angegeben Effekt zu erzielen?

(a)Den schwarzen Fleck hervorheben
(b)Die vertikalen Linien entfernen
  1. (a)=Vergrößern-Filter,(b)=Verkleinern-Filter
  2. (a)=Verkleinern-Filter,(b)=Kantenextraktionsfi lter in Y-Richtung
  3. (a)=Verkleinern-Filter,(b)=Kantenextraktionsfi lter in X-Richtung

Richtige Antwort:B.(a)=Verkleinern-Filter,(b)=Kantenextraktionsfi lter in Y-Richtung

(a)Wenn Sie einen Verkleinern-Filter verwenden, wird der schwarze Fleck hervorgehoben. Durch einen Verkleinern-Filter werden die helleren Bereiche eines Bildes verringert, so dass der schwarze Fleck deutlicher hervortritt.

Rohbild

Rohbild

Bild mit Verkleinern-Filter

Bild mit Verkleinern-Filter

Da der weiße Bereich, der den schwarzen Fleck umgibt, verringert wird, tritt der schwarze Fleck deutlicher hervor.

Bild mit Vergrößern-Filter

Bild mit Vergrößern-Filter

Da der weiße Bereich, der den schwarzen Fleck umgibt, vergrößert wird, tritt der schwarze Fleck weniger deutlich hervor oder verschwindet sogar ganz

(b) Wenn Sie einen Kantenextraktionsfiltter in Y-Richtung verwenden, können Sie vertikale Linien zum Verschwinden bringen. Der Filter hebt Zeilen mit horizontalem Kontrast im Bild hervor, so dass die vertikalen Linien entfernt werden.

Rohbild

Rohbild

Kantenextraktionsfilter in Y-Richtung

Kantenextraktionsfilter in Y-Richtung

Die horizontale Richtung wird hervorgehoben, so dass die vertikalen Linien verschwinden.

Kantenextraktionsfilter in X-Richtung

Kantenextraktionsfilter in X-Richtung

Die vertikale Richtung wird hervorgehoben, so dass sich der Kontrast der vertikalen Linien verstärkt.

Q04Bandgeschwindigkeit und Verschlusszeit

Grundsätzlich wird bei der Bilderfassung der Schärfeverlust eines sich schnell bewegenden Objekts durch eine kurze Verschlusszeit verhindert.

In diesem Beispiel hat der Bildempfänger ein Bildfeld von 100 mm und die CCD-Größe beträgt 500 x 500 Pixel*. Das Objekt passiert den Bildempfänger mit einer Geschwindigkeit von 1.000 mm/s.

Welche der nachstehenden Verschlusszeiten sind am besten geeignet, um unter optimalen Beleuchtungsbedingungen die Scharfstellung des Bildes (im Beispiel oben) sicherzustellen?

  1. 1/500 Sekunde
  2. 1/1000 Sekunde
  3. 1/10000 Sekunde
  4. 1/50000 Sekunde

Richtige Antwort:C.1/10000 Sekunde

Um ein scharfes Bild zu erzielen müssen Sie die folgenden Einstellungen genau kennen und verstehen. Sie treffen sowohl auf den manuellen Betrieb einer Spiegelreflexkamera als auch auf die industrielle Bildverarbeitung zu.

Am besten wird die Scharfstellung eines Bildes durch eine kurze Verschlusszeit gewährleistet. Ist sie aber zu kurz, kann das Bild aufgrund der zu geringen Belichtung zu dunkel werden. Um ein optimales Bild ohne Schärfeverlust zu erfassen, stellen Sie die Verschlusszeit auf die Zeit ein, die das Messobjekt zum Verfahren um eine halbe Pixelbreite benötigt. So wird die Belichtung in der Hälfte der Zeit abgeschlossen, die zum Verfahren um eine Strecke von einem Pixel erforderlich ist.

  1. Bestimmen Sie zunächst die Größe eines halben Pixels. Bildfeld: 100 mm (CCD-Größe: 500 x 500 Pixel)
    100 mm ÷ 500 Pixel ÷ 2 = 0,1 mm
  2. Bestimmen Sie dann die Zeit, die zum Verfahren um 0,1 mm benötigt wird.
    0,1 mm ÷ 1.000 mm/s = 0,0001 s = 1/10.000 s

Die Antwort lautet daher C. 1/10000 Sekunde