Area Scan Kameras und Flächenkameras richtig auswählen

Area Scan Kameras – oft auch Flächenkameras genannt – erfassen ein vollständiges Bild eines definierten Sichtfelds. In der industriellen Bildverarbeitung werden sie eingesetzt, wenn Bauteile, Codes, Etiketten, Positionen oder Merkmale aufgenommen und ausgewertet werden sollen.

Welche Area Scan Kamera passt, ergibt sich dabei aus der Anwendung: Wie groß ist das Sichtfeld? Welche Details müssen erkennbar sein? Wie schnell läuft der Prozess? Und welche Anforderungen ergeben sich durch Schnittstelle, Objektiv, Beleuchtung oder die Einbausituation?

Auf dieser Seite geben wir Orientierung zu den wichtigsten Auswahlkriterien und können verschiedene Area Scan Kameras für industrielle Anwendungen schneller einordnen und eingrenzen.

Was Area Scan Kameras leisten

Eine Area Scan Kamera nimmt eine Fläche in einem Bild auf. Deshalb spricht man im Deutschen häufig auch von Flächenkameras. Typische Einsatzgebiete sind zum Beispiel:

• Anwesenheitsprüfung von Bauteilen
• Lage- und Positionsprüfung
• Code- und Labelprüfung
• Maß- und Geometrieprüfung
• Oberflächenprüfung einzelner Teile
• Verpackungs- und Endkontrolle
• Roboterführung und Pick-and-Place-Anwendungen
• Dokumentation von Prüfmerkmalen

Eine Area Scan Kamera ist häufig dann sinnvoll, wenn das relevante Prüfmerkmal als vollständiges Bild ausgewertet werden kann.

Kurz gesagt: Area Scan Kameras erfassen einen festen Bildbereich vollständig. Das macht sie stark für viele 2D-Prüfaufgaben in der industriellen Bildverarbeitung.

Wann eine Area Scan Kamera sinnvoll ist

Area Scan Kameras passen häufig bei Anwendungen, in denen ein Objekt, Bauteil oder Prüfbereich vollständig aufgenommen werden kann. Das kann ein einzelnes Teil auf einem Werkstückträger sein, ein Etikett auf einer Verpackung, ein Code auf einem Bauteil oder ein definierter Bereich, in dem Position, Vollständigkeit oder Oberfläche geprüft wird. Area Scan Kameras sind häufig die richtige Wahl, wenn:

• ein einzelnes Objekt oder ein klar begrenzter Prüfbereich aufgenommen wird
• Anwesenheit, Lage, Maß, Code, Label oder Oberflächenmerkmal geprüft werden sollen
• das relevante Merkmal innerhalb eines festen Sichtfelds liegt
• der Aufnahmezeitpunkt sauber ausgelöst werden kann
• Kamera, Objektiv und Beleuchtung sinnvoll integrierbar sind

Wichtig: Bewegte Objekte schließen Area Scan als passende Lösung nicht aus. Dann müssen aber Takt, Belichtungszeit, Triggerung, Beleuchtung und Shutter-Technologie zusammen betrachtet werden. Eine hohe Bildrate allein reicht dafür nicht aus. Area Scan ist häufig passend, wenn das Prüfmerkmal in einem definierten Bildfeld liegt. Wenn allerdings kontinuierliches Material, Bahnware oder sehr große Breiten im Spiel sind, sollte zusätzlich Line Scan als potenzielle Lösung geprüft werden.

Welche Kriterien die Auswahl einer Area Scan Kamera bestimmen

Die Auswahl einer geeigneten Area Scan Kamera wird belastbar, wenn die technischen Anforderungen aus dem Anwendungsszenario abgeleitet werden. Wichtige Auswahlkriterien sind:

• Sichtfeld: Welche Fläche muss im Bild sichtbar sein?
• Detailgröße: Wie klein ist das relevante Merkmal?
• Auflösung: Wie viele Pixel werden benötigt, um dieses Merkmal sicher abzubilden?
• Bildrate: Wie schnell läuft der Prozess?
• Belichtungszeit: Gibt es Bewegung, die zu Unschärfe führen kann?
• Triggerung: Wann genau soll aufgenommen werden?
• Schnittstelle: Welche Datenrate, Kabellänge und Systemarchitektur sind erforderlich?
• Mono oder Farbe: Wird Farbinformation wirklich ausgewertet?
• Objektiv: Welcher Arbeitsabstand, welche Brennweite und welcher Sensor passen zusammen?
• Beleuchtung: Wie entsteht der Kontrast, den die Auswertung braucht?
• Einbausituation: Gibt es Platz für Kamera, Objektiv, Licht, Halterung und Kabel?
• Software und Integration: In welche Umgebung wird die Kamera eingebunden?

Kurz gesagt: Prüfaufgabe, Sichtfeld, Detailgröße, Takt, Schnittstelle, Optik, Beleuchtung und Einbausituation geben die technische Richtung vor.

Auflösung: nicht mehr Megapixel, sondern passende Detailerkennbarkeit

Mehr Megapixel wirken auf den ersten Blick sicher. In der Praxis kann eine unnötig hohe Auflösung aber Datenmenge, Schnittstellenanforderung, Rechenaufwand und Kosten erhöhen. Entscheidend ist, welche Fläche erfasst wird und wie klein das relevante Merkmal ist. Daraus ergibt sich, welche Auflösung technisch sinnvoll ist.

Beispiel: Soll ein kleines Merkmal in einem großen Sichtfeld erkannt werden, kann eine hohe Auflösung notwendig sein. Wird dagegen ein größeres Bauteilmerkmal in einem kleineren Bildbereich geprüft, kann eine niedrigere Auflösung völlig ausreichen.

Kurz gesagt: Nicht die höchste Auflösung ist automatisch sinnvoll, sondern die Auflösung, die zur Prüfaufgabe passt.

Bildrate, Belichtungszeit und Triggerung

Die Bildrate gibt an, wie viele Bilder pro Sekunde aufgenommen werden können. Für industrielle Anwendungen reicht diese Angabe allein aber nicht aus. Relevant ist, ob das Bild im richtigen Moment entsteht und verwertbar bleibt. Dafür müssen Bildrate, Belichtungszeit, Objektbewegung, Beleuchtung und Triggerung zusammen betrachtet werden. Typische Fragen sind:

• Wie schnell bewegt sich das Objekt?
• Muss ein bestimmter Moment im Prozess getroffen werden?
• Gibt es Bewegungsunschärfe?
• Reicht die verfügbare Beleuchtung für kurze Belichtungszeiten?
• Wird über SPS, Sensor oder Encoder ausgelöst?

Kurz gesagt: fps allein klärt den Takt nicht. Das Bild muss zum richtigen Zeitpunkt scharf und auswertbar entstehen.

Schnittstelle: GigE, USB3, 10GigE und Co.

Die Schnittstelle ist mehr als ein Anschluss. Sie beeinflusst Datenrate, Kabellänge, Systemaufbau, Hardwareumgebung und Integrationsaufwand.

GigE kann für viele Anwendungen eine wirtschaftlich sinnvolle Lösung sein. USB3 kann bei kurzen Kabellängen und hohen Datenraten interessant sein. 10GigE, Camera Link oder CoaXPress können relevant werden, wenn hohe Auflösungen, hohe Bildraten oder besondere Systemanforderungen im Spiel sind. Welche Schnittstelle passt, hängt vom Gesamtsystem ab:

• Welche Datenrate entsteht?
• Wie lang müssen die Kabel sein?
• Welche Schnittstellen sind im System vorhanden?
• Welche Software oder Bildverarbeitung wird genutzt?
• Wie soll die Kamera mechanisch integriert werden?

Kurz gesagt: Die Schnittstelle sollte zur Datenmenge, Kabellänge und Systemarchitektur passen, nicht nur zum verfügbaren Anschluss.

Mono oder Farbe?

Für viele Prüfaufgaben in der industriellen Bildverarbeitung ist eine Monochrom-Kamera technisch sinnvoll, wenn Kanten, Konturen, Formen, Codes oder Kontraste ausgewertet werden. Farbe wird relevant, wenn die Farbinformation selbst Teil der Prüfaufgabe ist. Zum Beispiel, wenn Farbcodes erkannt, Etiketten geprüft, Druckbilder kontrolliert, farbige Bauteilvarianten unterschieden oder Farbabweichungen bewertet werden sollen.

Kurz gesagt: Farbe ist sinnvoll, wenn ohne Farbinformation ein prüfrelevanter Unterschied verloren geht.

Objektiv und Beleuchtung früh mitdenken

Das Datenblatt einer Kamera ist nur ein Teil der Auswahl. Ob die Bildaufnahme in der Anwendung funktioniert, hängt stark von Objektiv, Arbeitsabstand, Beleuchtung, Einbauposition und Umgebungsbedingungen ab. Ein passendes Objektiv sorgt dafür, dass Sichtfeld, Sensorgröße, Arbeitsabstand und Detailgröße zusammenpassen. Die Beleuchtung sorgt dafür, dass das relevante Merkmal überhaupt mit ausreichendem Kontrast sichtbar wird. Viele Bildprobleme entstehen nicht durch eine falsche Kameraklasse, sondern durch zu spät geklärte Randbedingungen:

• Reflexionen
• Schatten
• zu wenig Kontrast
• falscher Arbeitsabstand
• ungeeignetes Objektiv
• beengter Bauraum
• ungünstige Kabelabgänge
• fehlende Triggerlogik

Kurz gesagt: Kamera, Objektiv, Beleuchtung und Einbausituation sollten gemeinsam geprüft werden.

Area Scan oder doch Line Scan?

Wenn Sie noch nicht sicher sind, ob eine Flächenkamera grundsätzlich die richtige Wahl ist, sollte die Anwendung kurz gegen Line Scan geprüft werden. Area Scan ist stark, wenn ein definierter Prüfbereich vollständig aufgenommen werden kann. Line Scan wird interessant, wenn Material kontinuierlich läuft, sehr breite Oberflächen geprüft werden oder das Bild aus Bewegung aufgebaut wird.

FAQ zu Area Scan Kameras und Flächenkameras