Ein objektseitig telezentrisches Objektiv ist erforderlich, wenn enge Mass- und Positionstoleranzen bei Bauteilen mit relevanter Bauhöhe oder schwankender Z-Lage (Abstand zur Kamera) geprüft werden müssen. Standardobjektive unterliegen einer perspektivischen Verzerrung, die Abstandsänderungen fälschlicherweise als Massänderungen interpretiert.
Das Problem der Perspektive bei Standardoptiken
Herkömmliche Entwurfs- oder Standardobjektive besitzen einen konischen Strahlengang (perspektivische Ansicht). Das bedeutet: Ein Objekt, das sich näher an der Kamera befindet, wird grösser abgebildet; ein weiter entferntes Objekt erscheint kleiner. Bewegt sich ein Bauteil in der automatisierten Zuführung oder im Werkzeugnest aufgrund von Toleranzen nur um wenige Zehntelmillimeter in der Höhe (Z-Achse), verändert sich bei einer Standardoptik der Abbildungsmassstab [mm/Pixel]. Das System misst fälschlicherweise ein falsches Bauteilmass. Zudem führt die Verzeichnung im Randbereich des Sensors dazu, dass dreidimensionale Objekte zum Bildrand hin „kippen“ und Flanken sichtbar werden, die eine präzise Kantenmessung unmöglich machen.
Der physikalische Vorteil von Telezentrie
Ein telezentrisches Objektiv korrigiert diesen Effekt durch einen parallelen Strahlengang auf der Objektseite. Innerhalb eines vordefinierten Tiefenschärfebereichs (telezentrischer Bereich) bleibt der Abbildungsmassstab absolut konstant – unabhängig davon, ob das Bauteil näher zur Kamera rückt oder sich entfernt. Es entsteht eine rein orthogonale Parallelprojektion ohne jegliche perspektivische Verzerrung.
Entscheidungsmatrix: Standardoptik versus Telezentrie
| Prüfanforderung | Standardobjektiv mit Software-Kalibrierung | Telezentrisches Objektiv |
|---|---|---|
| Z-Lage / Höhenvariation | Führt direkt zu Messfehlern (Massstabsänderung) | Konstanter Massstab im telezentrischen Bereich |
| Messen von 3D-Zylindern/Bolzen | Verfälschung durch sichtbare Objektflanken im Randbereich | Exakte, fehlerfreie Erkennung der wahren Kantengeometrie |
| Kosten & Platzbedarf | Gering, extrem kompakt, flexibler Arbeitsabstand | Hoch, grosse Bauform (Frontlinse = Sichtfeldgrösse) |
| Typische Toleranzgrenze | Geeignet für Toleranzen > ±0,1 mm bei planarer Lage | Für Präzisionsmessungen im Bereich < ±0,02 mm |
Telezentrische Objektive müssen physikalisch mindestens so gross sein wie das Sichtfeld selbst. Für sehr grosse Bauteile werden sie extrem schwer und kostspielig. Die THOP AG prüft in solchen Fällen wirtschaftliche Alternativen, wie die Aufteilung auf mehrere kleine telezentrische Messfenster.