CZ72595A3

CZ72595A3 - Method of measuring dimensions of an object and measuring apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ72595A3
Application number: CZ95725A
Authority: CZ
Inventors: Gianfranco Passoni
Original assignee: Gianfranco Passoni
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1997-07-16
Also published as: ATE176724T1; US5636031A; DE69416504T2; CN1112794A; JPH08501884A; RU95108213A; DE69416504D1; EP0662211B1; WO1995003525A1; KR950703728A; PL308113A1; EP0662211A1; AU7119494A; CH688755A5; ES2129650T3; CA2145287A1

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření rozměrů předmětu a měřicího zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

V tradičních optických měřicích zařízeních je kamera vybavena objektivem a CCD sensorem, umožňujícím elektronickou analýzu obrysů měřeného předmětu tak, že měřený objekt se pohybuje pod objektivem kamery, čímž se riskuje přesun měřeného předmětu na podložce v důsledku vibrací vyvolávaných pohybovým mechanismem podložky. Důsledkem toho je, že objektiv dává rozhýbaný, popřípadě neostrý obraz, takže měřici zařízení nemůže pracovat s dostatečnou přesností. Všechny optické objektivy vykazují optickou aberaci, která má za následek, že ohnisková rovina a rozměry obrazu se mění s vlnovou délkou použitého světla. Až dosud byla snaha minimalizovat tyto jevy korigováním objektivu. Avšak, i při použití korigovaných objektivů se zjištuje zbytková chromatická aberace, která nepříznivě ovlivňuje jakost obrazu a snižuje přesnost měření.

Úkolem vynálezu je proto nalezení řešení, které by umožnilo zvýšení přesnosti měření a odstranění nedostatků známých zařízení tohoto druhu.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých zařízení tohoto druhu do značné míry odstraňuje způsob měření rozměrů předmětu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že

a) na stacionární měřicí stůl se uloží jeden nebo více měřených předmětu,

b) měřený předmět se vystaví světlu,

c) tvar měřeného předmětu se stanoví jeho elektronickým sejmutím pomocí videokamery tak, že zjištěný tvar se srovnává s tvarem uloženým v počítači a zvolí se uložený vzorek stejného tvaru,

d) poté se vypočte hlavní osa měřeného předmětu a její směr, čímž se stanoví souřadnicový systém příslušející poloze měřeného předmětu,

e) poté se pomocí snímacího zařízení, jehož přemistování je řízeno uloženým obrazem, který byl předtím otočen svými hlavními osami podle směru jedné z os měřeného předmětu na měřicím stole, zkoumá obrys a plocha měřeného předmětu,

f) poté se stanoví rozdíl mezi uloženým obrazem a body zjištěnými měřicím zařízením.

Je výhodné, jestliže snímací zařízení je tvořeno videokamerou, která sleduje obrysy měřeného předmětu bez zastavení, přičemž tato videokamera je přemistována podle několika bodů označených pouze na uloženém obrazu.

Kromě toho je výhodné, jestliže světelný zdroj je pro dosažení krátkodobých světelných impulsů řízen pouze těmito body a dává monochromatické světlo.

Podstata měřicího zařízení pro provádění uvedeného způsobu spočívá podle vynálezu v tom, že toto zařízení sestává z vodorovného průhledného stolu pro uložení měřených předmětů, nejméně jedné videokamery a světelného zdroje, z nichž jeden je uspořádán pod druhým pod uvedeným stolem a je uspořádán na můstku pohyblivém na dvou saních pro pohybování kamerou a/nebo světelným zdroj em.

Je výhodné, jestliže měřicí zařízení obsahuje dvě videokamery s CCD sensorem, z nichž jedna má široký zorný úhel a druhá má úzký zorný úhel, umožňující měření s vysokým stupněm rozlišení.

Dále je výhodné, jestliže světelný zdroj je svisle uspořádán pod stolem a jeho optická osa je kolmá k tomuto stolu. Je možná také varianta spočívající v tom, že světelný zdroj je uspořádán v šikmé poloze a je opatřen zrcátkem, čímž se dosáhne optické osy kolmé ke stolu.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují na obr. 1 celkový pohled na měřicí zařízení, znázorněny jsou pouze podstatné části, na obr. 2 můstek nesoucí dvě kamery, v pohledu shora, na obr. 3 stejný pohled jako na obr. 2, avšak s jedinou kamerou opatřenou dvěma objektivy a na obr. 4 dílčí pohled na zařízení z obr. 1 s jinou polohou světelného zdroje.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno měřicí zařízení sestávající z podložky 1, která je připevněna na nosném ramenu 11 a nese měřené předměty 7, z nichž jeden je patrný na výkresu. Na můstku 4 jsou uspořádány kamera 2 a světelný zdroj 3.. Kamera 2 je uspořádána nad podložkou 1, zatímco světelný zdroj 3. je uspořádán pod touto podložkou l. Samozřejmě, polohy kamery 2 a světelného zdroje 2 by také bylo možno zaměnit. Můstek 4 je uspořádán posuvně na dvou vedeních 5 X a Y, jejichž osy pohybu nejsou znázorněny.

Kamera 2, která je opatřena objektivem a CCD sensorem 6 s úzkým zorným úhlem, může být vůči podložce 1 volně přemisťována směrem nahoru a dolů. Na podložce 1 přitom může být v nedefinované poloze umístěn jeden nebo více měřených předmětů 7.

Můstek 4 může být za účelem usnadnění interpretace měření opatřen dvěma kamerami 2A. 2B, jak je toto znázorněno na obr. 2. První kamera 2A může mít široký zorný úhel, který umožňuje elektronické ukládání polohy měřených předmětů 7 a jejich úhlové polohy. Druhá kamera 2B s úzkým zorným úhlem může být automaticky směrována z jednoho měřeného předmětu 7 na druhý a provádí požadovanou měřicí analýzu.

Na obr. 3 je znázorněna jediná kamera 2 s dvěma objektivy 6, z nichž jeden má široký zorný úhel a druhý má úzký zorný úhel. Objektivy 6 jsou uspořádány na příčných saních £, které jsou uspořádány na můstku 4. Podle různých úkolů měření může být využit jeden ze zorných úhlů.

Na obr. 4 je znázorněno jiné uspořádání světelného zdroje 9, který je uspořádán ve vodorovné nebo obecné rovině, avšak stranou od optické osy kamery 2 nebo kamer 2A. 2B. Ke směrování světelného paprsku ze světelného zdroje 9. do optické osy kamery 2 nebo kamer 2A. 2B je použito zrcátko 10.

Problém s aberací je vyřešen filtrací světla světelného zdroje 9 tak, aby se získalo úzké frekvenční pásmo, které se tedy blíží monochromatickému světlu. Střední frekvenci nebo vlnovou délku je samozřejmě třeba volit podle vlastností objektivů 6. Prakticky, světelné spektrum je třeba volit v rozsahu kolem frekvence nebo vlnové délky, na které mají objektivy 6 maximální chromatickou aberací. Objektivy 6 jsou kromě toho opatřeny filtry se stejnými optickými vlastnostmi, jako má světelný zdroj 9.

Důvody pro volbu popsané frekvence nebo vlnové délky jsou následuj ící:

Není důležité snižovat absolutní hodnotu chromatické aberace, je však nezbytné dodržet její konstantní hodnotu v celém použitém světelném spektru. Ke splnění této podmínky se lze nejlépe přiblížit při kmitočtu nebo vlnové délce, na kterých mají maximální hodnotu aberace použité objektivy a při které se první harmonická křivky popisující tuto aberací blíží nule. Zbylou aberaci lze snadno kompenzovat pomocí kalibrace systému, čímž se zajistí minimalizace chyby v celém spektru použitého světelného zdroje 9.

Jiný problém se vyskytne, jestliže zařízení ke zjištění různých částí měřeného předmětu 7 používá pohyblivé prostředky. Tento problém je ještě závažnější, jestliže se v zájmu dosažení většího rozlišení používá optický systém s velkým zvětšením.

Jestliže se největší vibrace projevují v průběhu zrychlení a zpomalení, je problém v této fázi. Potřeba zrychlení a zpomalení vyplývá ze skutečnosti, že se používají světelné zdroje s konstatntní emisí a integrující kamery, takže kameru je třeba zastavit, jakmile tato dosáhne požadované polohy pro dosažení ostrého zobrazení.

Aby se tento problém vyloučil, je podle vynálezu navržen konstatntní pohyb kamery 2. a pulsující světelný zdroj 9. Tímto řešením lze eliminovat nevýhody související se zrychlením.

Obvykle je zařízení třeba sdělit, jaký druh měřených přemětů 7 se má měřit, což se provádí pomocí určitého identifikačního kódu, který zařízení umožní načíst program vhodný pro sledovaný měřený předmět 2- Nicméně, tento způsob má dva nedostatky. Především, je zapotřebí manuální zásah, což má za následek zpomalení procesu. Za druhé, různé měřené předměty 7 stejného tvaru je třeba umistovat do vždy stejné polohy, protože zařízení je obvykle naprogramováno na absolutní souřadnicový systém a tedy nikoliv na souřadnicový systém vztažený k měřenému přednmětu 7. Přídržné prvky pro přidržování měřeného předmětu 7 na místě však vnášejí do procesu měření jiné nedostatky.

Naproti tomu, podle vynálezu je navržen počítačový program, který se vztahuje k měřeným předmětům 7 a souřadnicovému systému vztaženému k těmto měřeným předmětům 7. Tedy, obsluha nebo osoba se zařízením manipulující uloží měřený předmět 7 na podložku l v libovolné poloze. Širokoúhlá kamera 2 sejme elektronický obraz měřeného objektu 7, počítač zvolí odpovídající program a vypočte polohu a orintaci měřeného předmětu 7. Počítač pak načte příslušný měřicí program a automaticky vypočte souřadnice polohy a orientace měřeného předmětu 7.

Po určení měřeného předmětu 7 a jeho polohy a směru zahájí počítač fázi měření. Počítač pak podle programových instrukcí, které jsou přepočteny podle polohy a směru měřeného předmětu 7, nastaví světelný zdroj 9 tak, aby dával světelné impulsy ve správných polohách měření.

Tímto způsobem je tedy nepochybně možné stanovit tvar více než jednoho měřeného předmětu 7 a fáze měření není v okamžiku přisunutí měřených předmětů 7 automatickým podávacím zařízením omezena jen na jeden typ měřených předmětů 7. Kromě toho, měření lze provádět vysokou rychlostí, protože nejsou zapotřebí manuální zásahy, které by celý proces mohly zpomalit.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob měření rozměrů předmětu, vyznačuj ící se., t í m, že

a) na stacionární měřicí stůl (1) se uloží jeden nebo více měřených předmětů (7),

b) měřený předmět (7) se vystaví světlu,

c) tvar měřeného předmětu (7) se stanoví jeho elektronickým sejmutím pomocí videokamery (2) tak, že zjištěný tvar se srovnává s tvarem uloženým v počítači a zvolí se uložený vzorek stejného tvaru,

d) poté se vypočte hlavní osa měřeného předmětu (7) a její směr, čímž se stanoví souřadnicový systém příslušející poloze měřeného předmětu (7),

e) poté se pomocí vzorku, jehož přemistování je řízeno uloženým obrazem, který byl předtím otočen svými hlavními osami podle směru jedné z os měřeného předmětu (7) na měřicím stole (1), zkoumá obrys a plocha měřeného předmětu (7) ,

f) poté se stanoví rozdíl mezi uloženým obrazem a body zjištěnými měřicím zařízením.

2 . Způsob podle nároku 1, že snímací zařízení je vyznačující se tím tvořeno videokamerou (2) . 3 . Způsob podle nároku 2, vyznačuj íc í se tím

že videokamera (2) sleduje obrysy měřeného předmětu (7) bez zastavení.
4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že videokamera (2) je přemistována podle několika bodů označených pouze na uloženém obrazu.
5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že světelný zdroj (3)., je pro dosažení krátkodobých světelných impulsů řízen pouze těmito body.
6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že světelný zdroj (3) dává monochromatické světlo.
7. Měřicí zařízení pro provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že sestává z vodorovného průhledného stolu (1) pro uložení měřených předmětů (7), nejméně jedné videokamery (2) a světelného zdroje (3), z nichž jeden je uspořádán pod druhým pod uvedeným stolem (1) a je uspořádán na můstku (4) pohyblivým na dvou saních (5) pro pohybování kamerou (2) a/nebo světelným zdrojem (3) .
8. Měřicí zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje dvě videokamery (2A, 2B) s CCD sensorem (6) , z nichž jedna má široký zorný úhel a druhá má úzký zorný úhel, umožňující měření s vysokým stupněm rozlišení.
9. Měřicí zařízení podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že světelný zdroj (3) je svisle uspořádán pod stolem (1) a jeho optická osa je kolmá k tomuto stolu (1).
10. Měřicí zařízení podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že světelný zdroj (3) je uspořádán v šikmé poloze (9) a je opatřen zrcátkem (10) , čímž se dosáhne optické osy kolmé ke stolu (1).