TZM-N: Manuelles telezentrisches Zoom
Wozu benötigen wir überhaupt eine telezentrische Optik? Oder besser gefragt, wann ist eine telezentrische Optik einzusetzen? Grundsätzlich gilt: Einsatz bei Messungen von unterschiedlichen Höhen innerhalb eines Bildes, Vermeidung von Verzeichnungen sprich Fehlmessungen im Randbereich einer Optik, Einsatz bei der Vermessung von Schleifscheiben oder Teilen mit ähnlicher Geometrie.
Wie bei den Standard Rastenzoom Systemen verfügt das telezentrische 12x Zoom über 14 Raststufen, die in der Metric Messsoftware kalibriert hinterlegt werden können. Der Arbeitsabstand (Objektivende zum Objekt) von ca. 180 mm muss dabei nicht verändert werden. Der Zoombereich umfasst ein Sichtfeld von 4 mm bis 50 mm bei Kombination mit einem 1 1/8” Kamerachip. Die Objekttiefenschärfe variiert in diesem Bereich von 1,3 mm bis 38,8 mm. Vielfach werden die manuellen oder motorisierten Systeme für die Aufrüstung von Schleifmaschinen oder Abrichtmaschinen eingesetzt.
Diese hochwertigen optischen Systeme sind natürlich nicht nur für den Einbau in Maschinen gedacht. Wir können die manuellen und motorisierten telezentrischen Zoomsysteme mit Stativen auf Aluminium- oder Granitbasis liefern sowie in Kombination mit Positionier- oder Kreuzmesstischen. Diese sind wiederum als manuelle oder motorisierte Versionen lieferbar. Es gibt also eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Im Lieferumfang ist die manuelle telezentrische Zoomoptik, Messsoftware Metric MT, Kalibrierscheibe mit DAkkS Protokoll, eine USB 2.0 Kamera mit 1280 x 1024 Pixel sowie ein 5 Meter USB Kabel enthalten und Schutzgehäuse für die USB Kamera. Das System verfügt über ein zusätzliches, austauschbares Schutzglas für die Optik. Damit kein abrassiver Staub in das Innere der Optik dringen kann ist eine Abdeckhülse über der Zoomverstellung (verschiebbar) montiert. Auf Wunsch können wir Stepfiles mit den Außenmassen zur Verfügung stellen, falls Sie eine Vorrichtung zur Aufnahme des Systems fertigen möchten.
Zeichnung - Drawing - TZM-N
Haben Sie noch Lust auf ein wenig Theorie? Dann haben wir hier für Sie grundlegende Informationen zur Telezentrie:
Warum benötigen wir überhaupt telezentrische Optiken in der optischen Messtechnik? Stellen Sie sich vor, dass eine Platte mehrere Bohrungen enthält und diese zwölf Bohrungen wären alle innerhalb des Sichtfeldes des Objektivs darstellbar. Bei einer Standardoptik (entozentrische Optik) würden wir perspektivische Verzeichnungen erhalten, wie sie auf der folgenden Grafik links (1) dargestellt ist.
Da bei der telezentrischen Optik innerhalb eines bestimmten Bereiches der Öffnungswinkel null Grad aufweist, verläuft der Strahlengang im Idealfall absolut parallel und das Bild wird ohne perspektivischen Fehler dargestellt bzw. strahlengangparallel abgebildet. Um es auf eine weitere Art auszudrücken: Die telezentrische Optik zeigt das Bild nicht nur in der Bildmitte, sondern auch am Bildrand senkrecht oder anders ausgedrückt: Die Optik schaut in die Bohrungen am Rand nicht schräg, sondern absolut senkrecht. Ein weiterer, sehr wichtiger Grund ist, dass telezentrische Objektive auch in der Z-Richtung (axial) innerhalb eines definierten Bereiches denselben Abbildungsmaßstab bieten. Stellen wir uns vor, dass eine Platte mit verschieden hohen Objekten bestückt ist und diese innerhalb des Sichtfeldes vermessen werden sollen.
In der folgenden Grafik sehen wir links (2) klar, dass die drei verschieden hohen Objekte unterschiedliche Größen bei einem Standardobjektiv aufweisen. Das rechte Modell zeigt das Ergebnis eines telezentrischen Objektivs. Einfach ausgedrückt heißt das, dass Objekte, die mal näher und mal weiter weg sind, keine unterschiedlichen gemessenen Strecken ergeben. Dies gilt allerdings nur solange, wie die Bereiche im Telezentrie-Bereich liegen, der wiederum innerhalb des Schärfentiefe-Bereichs liegt, aber mit diesem nicht identisch ist. Von Interesse ist ein telezentrisches Objektiv außerdem, wenn Teile über Bänder unter einer Optik herangeführt werden und diese nicht garantiert reproduzierbar positioniert werden können. Hier werden dann wiederum die Höhenunterschiede im Telezentrie-Bereich ausgeglichen. Auch bei der Vermessung von Bohrungen (oben/unten) ist die telezentrische Optik ein Muss.
Objektseitige Telezentrie:
Objektseitig telezentrischer Strahlengang wird verwendet, um Objekte ohne perspektivische Verzerrung zu erfassen. Die Eintrittspupille liegt im Unendlichen, so dass die Hauptstrahlen im Objektraum alle parallel zur optischen Achse laufen. Daher muss die Frontlinse mindestens so groß sein wie das abzubildende Objekt. Eine weitere Eigenschaft dieses Strahlengangs besteht darin, dass sich der Abbildungsmaßstab bei axialer Objektverschiebung nicht ändert. Das Bild erscheint also unabhängig vom Objektabstand immer gleich groß. Es wird aber unscharf, wenn das Objekt außerhalb der idealen Objektebene liegt. Diese Eigenschaft wird in Messobjektiven genutzt, um eine gewisse Lagetoleranz des Prüfteils zuzulassen. Der tolerierbare Abstandsbereich wird durch die Schärfentiefe bestimmt und ist in den Datenblättern angegeben. Bei Mikroskopen ermöglicht der konstante Abbildungsmaßstab eine bequeme Scharfeinstellung. Objektseitig telezentrischer Strahlengang lässt sich am einfachsten durch eine einzelne Sammellinse mit einer Aperturblende in der bildseitigen Brennebene realisieren.
Bildseitige Telezentrie:
Bildseitig telezentrischer Strahlengang dient vor allem der Parallelisierung des Strahlenganges. Er wird u. a. bei Digitalkamera-Objektiven eingesetzt, um Pixel-Vignettierung zu verhindern. Die Austrittspupille liegt im Unendlichen, so dass die Strahlenkegel alle senkrecht auf die Bildebene treffen. Der einfachste Aufbau dazu besteht aus einer einzelnen Sammellinse mit einer Aperturblende in der objektseitigen Brennebene.
Beidseitige Telezentrie:
Beidseitig telezentrischer Strahlengang ist die Kombination aus objektseitig und bildseitig telezentrischem Strahlengang. Auch diese Objektive finden besonders in der Messtechnik, aber auch in fotolithografischen Herstellungsverfahren Anwendungen. Eintritts- und Austrittspupille liegen im Unendlichen, folglich ist das System afokal. Im Unterschied zur rein objektseitigen Telezentrie wird die tolerierbare Objektlage hier nicht durch die Schärfentiefe begrenzt. Man kann die Bildebene ohne Veränderung des Abbildungsmaßstabs nachfokussieren. Der einfachste Aufbau dazu besteht aus zwei Sammellinsen, zwischen denen eine Aperturblende angebracht wird. Der Abstand einer Linse zur Aperturblende muss der jeweiligen Brennweite entsprechen. Ein beidseitig telezentrisches Objektiv weist theoretisch keine geometrischen Abbildungsfehler, wie z.B. Verzeichnung, auf. (Quelle: Gottfried Schröder: Technische Optik, Vogel-Verlag Würzburg 1977, ISBN 3-8023-0067-X)
Telezentrische Beleuchtungen:
Telezentrische Beleuchtungen sind eine spezielle Form gerichteter Beleuchtungen mit starker Richtcharakteristik. Die Anwendung erfolgt fast nur im Durchlicht. In der Brennebene der Optik der Beleuchtung wird eine Lichtquelle (meist LED) bekannter, kleiner Beleuchtungsapertur angebracht. Ergebnis: es liegt ein paralleler Hauptstrahlengang vor. Eine telezentrische Beleuchtung ist keine parallele Beleuchtung (festgelegte Apertur). Dadurch ist sie wesentlich unempfindlicher gegen Vibrationen oder Justagefehler. Telezentrische Beleuchtungen liefern eine sehr homogene und kontrastreiche Ausleuchtung des Sichtfeldes. Sie müssen immer in Kombination mit telezentrischen Objektiven angewendet werden, weil für ein entozentrisches Objektiv durch den parallelen Hauptstrahlengang die Lichtquelle (LED) im Unendlichen zu stehen scheint. Vorwiegend kommt als Beleuchtungswellenlänge blau (maximale Genauigkeit) zum Einsatz, wegen der geringen Beugung. Telezentrische Beleuchtungen weisen durch ihre starke Richtcharakteristik eine gute Fremdlichtunterdrückung auf.
Anwendung:
Zusammen mit telezentrischen Objektiven immer dann, wenn es auf helle, kontrastreiche Beleuchtung ankommt und optisch schwierig zu handhabende Objekte, die genau erkannt oder vermessen werden sollen. Die ausgeprägte Vorzugsrichtung der Lichtausstrahlung benötigt eine exakte Ausrichtung. Daher muss bei telezentrischen Beleuchtungen für eine solide und einstellbare Befestigung gesorgt werden. Die Abstimmung von Beleuchtungsapertur und Abbildungsapertur bestimmt wesentlich die Lage des Kantenortes bei der Anwendung telezentrischer Komponenten. Bei den nachfolgenden Produkten handelt es sich in allen Fällen um objektseitige telezentrische Optiken.
