Eine Flächenkamera nimmt ein komplettes zweidimensionales Bild in einem Moment auf und ist die richtige Wahl für stehende oder schrittweise bewegte Teile. Eine Zeilenkamera erfasst jeweils nur eine Bildzeile und setzt das Gesamtbild aus der Relativbewegung zwischen Kamera und Objekt zusammen. Sie ist überlegen bei endlosem Material, bei zylindrischen Bauteilen und immer dann, wenn sehr hohe Auflösung über eine grosse Länge gefordert ist.
Der grundlegende Unterschied
Die Flächenkamera funktioniert wie eine gewöhnliche Fotokamera: Ein Sensor mit beispielsweise 2448 × 2048 Pixeln belichtet einmal und liefert ein fertiges Bild. Die Zeilenkamera besitzt dagegen nur eine einzige Pixelreihe, etwa 4096 × 1 Pixel. Diese Zeile wird sehr schnell hintereinander ausgelesen, während sich das Objekt darunter hindurchbewegt. Erst die Software fügt aus tausenden Einzelzeilen ein zusammenhängendes Bild. Das bedeutet auch: Ohne Relativbewegung entsteht bei der Zeilenkamera kein Bild.
Entscheidungsmatrix
| Kriterium | Flächenkamera | Zeilenkamera |
|---|---|---|
| Bauteil steht still | Ideal | Nicht möglich – Bewegung ist zwingend |
| Endlosmaterial (Bahn, Band, Folie) | Überlappende Einzelbilder nötig, Stossstellen | Naturgemäss geeignet, lückenloses Bild |
| Zylindrische Teile abrollen | Mehrere Aufnahmen, Perspektivfehler an den Rändern | Abgewickelte Mantelfläche in einem Bild |
| Sehr hohe Auflösung über grosse Länge | Mehrere Kameras oder mehrere Aufnahmen | Eine Kamera, Länge praktisch unbegrenzt |
| Beleuchtungsaufwand | Moderat, Fläche gleichmässig ausleuchten | Hoch – sehr helle, exakt ausgerichtete Linienbeleuchtung |
| Integrationsaufwand | Gering, Trigger genügt | Höher – Encoder für Geschwindigkeitskopplung nötig |
| Kosten Gesamtsystem | Niedriger | Höher (Optik, Beleuchtung, Encoder) |
Wann sich die Zeilenkamera wirklich lohnt
Der häufigste Grund ist nicht Geschwindigkeit, sondern das Verhältnis von Auflösung zu Bauteillänge. Ein Beispiel: Ein 800 mm langes Strangpressprofil soll auf Oberflächenfehler ab 0,1 mm geprüft werden. Mit der Faustregel von drei Pixeln je Merkmal ergibt sich eine erforderliche Pixelzahl von rund 24'000 über die Länge – das leistet keine einzelne Flächenkamera. Eine Zeilenkamera mit 4096 Pixeln quer zur Bewegungsrichtung löst das, weil die Länge über die Bewegung entsteht und nicht durch den Sensor begrenzt ist. Zur Berechnung der erforderlichen Auflösung finden Sie einen interaktiven Rechner in unserem Artikel zur Graterkennung im Spritzguss.
Was bei Zeilenkameras zusätzlich zu bedenken ist
- Encoder-Kopplung: Schwankt die Transportgeschwindigkeit, wird das Bild gestaucht oder gestreckt. Ein Drehgeber, der die Zeilenaufnahme mit der Bewegung synchronisiert, ist deshalb in der Regel Pflicht.
- Beleuchtungsintensität: Da jede Zeile nur extrem kurz belichtet wird, sind sehr helle Linienbeleuchtungen nötig – typischerweise deutlich leistungsfähiger als bei Flächenkameras.
- Ausrichtung: Beleuchtungslinie, Sensorzeile und Bewegungsrichtung müssen exakt zueinander stehen. Bereits geringe Verdrehungen führen zu Helligkeitsverläufen im Bild.
- Keine Momentaufnahme: Ein Zeilenbild entsteht über Zeit. Vibrationen wirken sich deshalb anders aus als bei einer Flächenkamera und können das Bild verzerren statt nur unscharf zu machen.
Die praktische Faustregel
- Bauteil steht oder wird getaktet positioniert → Flächenkamera
- Endlose Bahn, Band oder Folie → Zeilenkamera
- Zylinder oder Rundteil vollflächig prüfen → Zeilenkamera mit Drehachse
- Sehr langes Teil bei feiner Fehlergrösse → Zeilenkamera
- Mehrere getrennte Prüfmerkmale an einem kompakten Teil → Flächenkamera
Die Kamerabauform sollte aus der Prüfaufgabe folgen, nicht umgekehrt. In der Praxis lässt sich ein grosser Teil der Anwendungen mit Flächenkameras wirtschaftlicher lösen, als zunächst vermutet – und wo eine Zeilenkamera nötig ist, entscheidet meist die Beleuchtung über Erfolg oder Misserfolg. THOP AG klärt beides im Rahmen einer Machbarkeitsstudie am realen Bauteil.