DE102009057816A1

DE102009057816A1 - Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren und Bildmesssystem mit einer Kalibriervorrichtung

Info

Publication number: DE102009057816A1
Application number: DE102009057816A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Ban; Katsutoshi Takizawa; Gang Shen; Keisuke Watanabe
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: US20100141776A1; DE102009057816B4; JP2010139329A; US8350913B2

Abstract

Eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines Bildmesssystems. Die Kalibriervorrichtung umfasst einen Hauptkörper mit einer oberen Fläche und einen charakteristischen Teil, der als ein Festpunkt zum Kalibrieren dient und die Form einer Vertiefung hat, die in der oberen Fläche des Hauptkörpers ausgebildet ist; bei der der charakteristische Teil eine Seitenfläche, die sich in einer zur oberen Fläche kreuzenden Richtung erstreckt, und eine Bodenfläche, die sich in einer die Seitenfläche kreuzenden Richtung erstreckt, aufweist und bei der die Bodenfläche ein optisches Reflektionsvermögen hat, das geringer als das optische Reflektionsvermögen der oberen Fläche gegenüber zueinander identischem Licht hat. Hiermit ist eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren bzw. Eichen eines Bildmesssystems geschaffen, die den charakteristischen Teil auf der Kalibriervorrichtung stabil, präzise und unabhängig von den Licht- beziehungsweise Beleuchtungsbedingungen erkennt und die weniger kostspielig ist sowie leicht gehandhabt werden kann.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines eine Kamera verwendenden Bildmesssystems. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine von einer Kamera abgebildeten Kalibiervorrichtung zum Kalibrieren der internen Parameter der Kamera, mechanischer Parameter eines Roboters und dergleichen und auf ein Bildmesssystem, das die Kalibriervorrichtung aufweist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es ist üblich, ein Bildmesssystem, das eine Kamera verwendet, auf verschiedenen Gebieten der Industrie einzusetzen. In einem solchen Bildmesssystem wird ein Objekt mit Hilfe einer Kamera abgebildet und wird das Bild einer Bildverarbeitung durch eine Bildverarbeitungsvorrichtung und dergleichen unterworfen und wird die Lage, Gestalt, Größe und der Winkel des Objekts ausgemessen. Um eine Kamera für die Messung zu verwenden, muss eine Bedienungsperson die Kamera vor der Messung unter Verwendung einer Kalibriervorrichtung kalibrieren bzw. eichen (korrigieren). Bei einem Bildmesssystem ist es üblich, den charakteristischen Teil (einschließlich zufälliger grafischer Elemente und Muster, die gleichen unten) der auf der Kalibriervorrichtung vorgesehen ist, mit Hilfe einer Kamera abzubilden, wobei die Ausgestaltung, Position bzw. Lage usw. des charakteristischen Teils aus dem aufgenommenen Messbild erkannt wird und auf der Grundlage des Ergebnisses der Erkennung die Kalibrierung ausgeführt wird. Als eine bekannte Kalibriertechnik, wie sie z. B. in dem kein Patentdokument darstellenden Aufsatz "Roger Y. Tsai, "An Efficient and Accurate Camera Calibration Technique for 3D Machine Vision", Proceedings of IEEE Conference an Computer Vision and Pattern Recognition, Miami Beach, FL, 1986, Seiten 364–374" angegeben ist, ist ein Verfahren zum Kalibrieren interner Parameter (Brennweite des Objektivs, Objektiwerzerrung, Objektivmittelpunkt usw. einer Kamera) mit einer eine Kalibriervorrichtung einsetzenden Kamera beschrieben. Ferner beschreibt das japanische Patent Nr. 3394278 ein Verfahren zum Einstellen eines Sensorkoordinatensystems eines visuellen Sensors mit einer Kamera unter Verwendung einer Kalibriervorrichtung.
In jüngster Zeit ist jedoch ein eine Kamera verwendendes Bildmesssystem auch für ein Messgerät zum Kalibrieren eines Robotersystems eingesetzt worden. Zum Beispiel offenbart die japanische Veröffentlichung (Kokai) einer nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 2008-12604 ein Messgerät zum Kalibrieren der mechanischen Parameter eines Roboters unter Verwendung einer Kamera. Das japanische Patent Nr. 4021413 offenbart ein Messgerät zum Ausmessen eines auszumessenden Ziels unter Verwendung einer lichtempfangenden Vorrichtung (Kamera), die nahe dem Ende eines Roboterarms angebracht ist. Die japanische Veröffentlichung (Kokai) einer nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 2005-300230 offenbart ein Messgerät zum Messen der Position eines Werkzeugmittelpunkts TCP (Tool Center Point) eines Roboters unter Einsatz einer Kamera.
Wenn das Kalibrieren unter Verwendung einer Kamera, wie zuvor beschrieben, ausgeführt wird, haben die Genauigkeit der Gestalt bzw. Form und die Position bzw. Lage des auf der Kalibriervorrichtung vorgesehenen charakteristischen Teils und die Robustheit der Licht- beziehungsweise Beleuchtungsbedingungen einen unmittelbaren Einfluss auf die Ergebnisse der Kalibrierung. So muss z. B. eine den charakteristischen Teil bildende Markierung, wie dies in der japanischen Veröffentlichung (Kokai) einer nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 2005-300230 dargestellt ist, zur genauen Messung der Position des Werkzeugmittelpunkts auf dem Werkzeugmittelpunkt des Roboters und dem Basisteil des Werkzeugs genau angebracht oder ausgebildet werden.
Üblicherweise wurde der charakteristische Teil durch Aufdrucken oder Anbringen einer farbigen Farbe auf die Kalibriervorrichtung ausgebildet. Es war jedoch schwer, die Farbe auf die Kalibriervorrichtung genau aufzudrucken oder anzubringen. Wenn der charakteristische Teil durch Aufbringen einer eingefärbten Farbe ausgebildet wird, kann die Oberfläche der Farbe abhängig von dem Ausbildungsverfahren glatt sein und der charakteristische Teil das Außenlicht reflektieren und somit kann das Bildmesssystem den charakteristischen Teil nicht stabil erkennen. Außerdem kann der Aufdruck durch Temperatur verändert oder durch ein organisches Lösungsmittel angelöst werden und ferner gibt es an einigen Orten verschiedene Einschränkungen hinsichtlich der Verwendung der Farbe. Folglich müssen bei der Erzeugung des charakteristischen Teiles mit Hilfe einer Farbe solche Einschränkungen bei der Verwendung der Farbe berücksichtigt werden.
Daher wurden verschiedene Kalibriervorrichtungen entwickelt, um den charakteristischen Teil auf der Kalibriervorrichtung genau aufzubringen oder auszubilden. So beschreibt z. B. das japanische Patent Nr. 3409931 eine Vergrößerungskalibrierplatte mit einem transparenten Substrat wie beispielsweise Glas oder dergleichen, auf dem ein niedergeschlagener Werkstoff, z. B. Chrom, in Form eines Musters aufgedampft ist, das als charakteristischer Teil dient. Das japanische Patent Nr. 3477139 beschreibt ein Eichgerät mit einer Metallplatte, auf der ein Liniensegment, das als charakteristischer Teil dient, mit eingefärbter Tinte aufgezeichnet ist. Das japanische Patent Nr. 3512092 offenbart eine Kalibriervorrichtung, bei der ein Design mit einem vorgegebenen Muster, das als charakteristischer Teil dient, mit Hilfe einer Flüssigkristallanzeige angezeigt wird. Das japanische Patent Nr. 3575165 beschreibt eine Kalibriervorrichtung, die mit einem Positionierungsteil mit einer Vertiefung und einem vollständig kugelförmigen Markierungskörper in der Vertiefung des Positionierungstells gehalten ist. Das japanische Patent Nr. 3737919 beschreibt ein programmmetrisches Ziel mit einer Vielzahl reflektierender Flächen, die mit vergleichsweise hoher Brillanz ausgebildet sind und auf dem Messbereich haften und von um die reflektierenden Flächen herum angeordneten nicht-reflektierenden Flächen umgeben sind.
Die zuvor beschriebenen bekannten Verfahren weisen jedoch die nachfolgend angegebenen Nachteile auf. Im Falle der Vergrößerungskalibrierplatte nach dem japanischen Patent Nr. 3409931 ist es schwierig, das Niederschlagsmaterial wie z. B. Chrom genau aufzudampfen. Auch im Falle des Eichgeräts, das in dem japanischen Patent Nr. 3477139 beschrieben ist, ist es schwierig, das Liniensegment genau auf die Metallplatte mit farbiger Tinte aufzubringen. Hinzukommt, dass ähnlich wie beim Aufbringen von Farbe, die Oberfläche der Farbtinte glatt sein kann und äußeres Licht reflektiert. Es besteht daher das Problem, dass je nach Lichtbedingungen der charakteristische Teil aufgrund des reflektierten Lichts nicht von der Umgebung unterschieden werden kann und somit das Bildmesssystem nicht den charakteristischen Teil stabil erkennen kann.
Bei dem im japanischen Patent Nr. 3512092 beschriebenen Kalibriervorrichtung besteht das Problem, dass eine teure Flüssigkristallanzeige erforderlich ist, die zur Erhöhung der Herstellungskosten führt. Bei der Kalibriervorrichtung nach dem japanischen Patent Nr. 3575165 besteht das Problem darin, dass die kugelförmige Markierung, die als charakteristischer Teil dient, mit hoher Genauigkeit hergestellt werden muss, was eine Erhöhung der Herstellungskosten zur Folge hat. Bei dem im japanischen Patent Nr. 3737919 beschriebenen programmmetrischen Ziel ist es schwer, die Vielzahl der reflektierenden Flächen aufzubringen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren in einem Bildmesssystem zu schaffen, das eine stabile Erkennung eines charakteristischen Teils der Kalibriervorrichtung erlaubt und das genau und unabhängig von den Beleuchtungs- bzw. Lichtbedingungen ist und das preiswerter und leichter zu handhaben ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren in einem Bildmesssystem umfassend einen Hauptkörper mit einer oberen Fläche und einen charakteristischen Teil, der als ein Festpunkt zum Kalibrieren dient und die Form einer Vertiefung hat, die in der oberen Fläche des Hauptkörpers ausgebildet ist; bei der der charakteristische Teil eine Seitenfläche, die sich in einer zur oberen Fläche kreuzenden Richtung erstreckt, und eine Bodenfläche, die sich in einer die Seitenfläche kreuzenden Richtung erstreckt, aufweist und bei der die Bodenfläche ein optisches Reflektionsvermögen hat, das geringer als das optische Reflektionsvermögen der oberen Fläche gegenüber zueinander identischem Licht hat.
Der Hauptkörper hat eine untere Fläche entgegengesetzt zur oberen Fläche, bei der der charakteristische Teil ein Durchgangsloch, das sich in dem Hauptkörper sowohl zur oberen Fläche als auch zur unteren Fläche hin öffnet, und ein von dem Hauptkörper getrenntes Verschlussteil, das an der unteren Fläche zum Verschließen einer der Öffnungen des Durchgangslochs angebracht ist, aufweist, und bei dem eine innere Umfangsfläche des Durchgangslochs die Seitenfläche und eine Fläche des Verschlussteils die Bodenfläche bildet.
Der charakteristische Teil weist eine in dem Hauptkörper ausgebildete Vertiefung mit einem Boden und ein von dem Hauptteil getrenntes und in der Vertiefung mit dem Boden angeordnetes Bodenteil auf und eine innere Umfangsfläche der Vertiefung mit dem Boden bildet die Seitenfläche und eine Fläche des Bodenteils bildet die Bodenfläche.
Die obere Fläche des Hauptkörpers ist mit einem flachen Abschnitt zumindest in einem an den charakteristischen Teil angrenzenden Bereich versehen. Die Seitenflä che des charakteristischen Teils erstreckt sich in einer zum flachen Abschnitt der oberen Fläche rechtwinkligen Richtung, und die Bodenfläche des charakteristischen Teils erstreckt sich in einer zu der Seitenfläche rechtwinkligen Richtung.
Die obere Fläche des Hauptkörpers ist wenigstens in einem an den charakteristischen Teil angrenzenden Bereich mit einem flachen Abschnitt versehen und der charakteristische Teil ist so ausgebildet, dass ein Öffnungsbereich im Querschnitt parallel zum flachen Bereich der oberen Fläche sich von der oberen Fläche zur Bodenfläche hin vergrößert.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft ein Bildmesssystem mit einer Kamera und der oben erwähnten, von der Kamera abgebildeten Kalibriervorrichtung.
Die Form und Größe des charakteristischen Teils der Kalibriervorrichtung und ein Winkel einer optischen Achse der Kamera, der in Bezug auf den charakteristischen Teil zum Kalibrieren vorgegeben ist, sind so eingestellt, dass die Seitenfläche nicht abgebildet wird, wenn die Kamera den charakteristischen Teil abbildet.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Form und Größe des charakteristischen Teils der Kalibriervorrichtung und der Winkel einer optischen Achse der Kamera, der in Bezug auf den charakteristischen Teil zum Kalibrieren vorgegeben ist, derart eingestellt, dass die Bodenfläche nicht abgebildet wird, wenn die Kamera den charakteristischen Teil abbildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese Ziele, Merkmale und Vorteile sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die ausführliche Erläuterung typischer Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, weiter verdeutlicht.
1A ist eine perspektivische Ansicht eines Bildmesssystems, das mit einer Kalibriervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Kamera zur Abbildung der Kalibriervorrichtung ausgestattet ist.
1B stellt eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I in 1A dar, die einen charakteristischen Teil auf der Kalibriervorrichtung zeigt.
2A ist eine Querschnittsansicht, die die Lagebeziehung zwischen der Kalibriervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform und der Kamera zum Abbilden der Kalibriervorrichtung zeigt.
2B ist eine Ansicht eines Teils des Messbildes der Kalibriervorrichtung, wie es von der Kamera aufgenommen wird.
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel eines charakteristischen Teils auf der Kalibriervorrichtung darstellt.
4A stellt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Kalibriervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform dar.
4B stellt eine perspektivische Ansicht eine andere Ausführungsform der Kalibriervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform dar.
5A stellt eine Querschnittsansicht längs der Linie V-V in 4A dar, die den charakteristischen Teil auf der in 4A dargestellten Kalibriervorrichtung zeigt.
5B ist eine Querschnittsansicht einer andere Ausführungsform des charakteristischen Teils.
6A stellt eine Draufsicht auf ein Bildmesssystem dar, die die örtliche Zuordnung der Kalibriervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform und der die Kalibriervorrichtung abbildenden Kamera zeigt.
6B zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie VI-VI in 6A.
6C zeigt eine Ansicht eines Teils des Messbildes der Kalibriervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, das von der Kamera abgebildet wird.
7A stellt eine Draufsicht auf ein Bildmesssystem dar, die die örtliche Zuordnung zwischen der Kalibriervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform und der Kamera, die die Kalibriervorrichtung abbildet, zeigt.
7B stellt eine Querschnittsansicht längs der Linie VII-VII in 7A dar.
7C ist eine Ansicht, die das Messbild der Kalibriervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform, das von der Kamera abgebildet wird, zeigt.
8A stellt eine perspektivische Ansicht dar, die ein Kamerasystem zeigt, an dem die Kalibriervorrichtung angebracht ist.
8B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Roboter zeigt, an dem die Kalibriervorrichtung angebracht ist.
8C stellt eine perspektivische Ansicht einer Kalibriervorrichtung dar, auf der eine Festpunktmarkierung ausgebildet ist.
Ausführliche Beschreibung
Erste Ausführungsform
Im Nachfolgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist für das gleiche Teil jeweils das gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Maßstäbe dieser Zeichnungen sind zum besseren Verständnis entsprechend abgewandelt.
1A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Bildmesssystem 100 zeigt, das eine Kalibriervorrichtung 10a der ersten Ausführungsform und eine Kamera 40 zum Abbilden der Kalibriervorrichtung 10a verwendet. 1B ist eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I in 1A, die einen charakteristischen Teil 20a der Kalibriervorrichtung 10a zeigt.
Zunächst wird das Bildmesssystem 100, das die Kamera 40 verwendet, unter Bezugnahme auf 1A erläutert. Das Bildmesssystem 100 ist durch die Kalibriervorrichtung 10a bestimmt, die den charakteristischen Teil 20a in der Form einer Vertiefung bzw. Ausnehmung aufweist, die Kamera 40 zur Abbildung der Kalibriervorrichtung 10a und die mit der Kamera 40 verbundenen Bildverarbeitungseinrichtung 60 zur Verarbeitung des mit der Kamera 40 aufgenommenen Messbilds und zur Erkennung des charakteristischen Teils 20a aufweist.
Die Kamera 40 des Bildmesssystems 100 ist eine CCD-Kamera. Die Kamera 40 hat die Funktion der Erkennung eines zweidimensionalen Bilds durch eine lichtempfindli che Fläche (auf der Oberfläche der CCD-Matrix durch das Bild). Die Kamera 40 gibt das Bild des zweidimensionalen Abbilds an die Bildverarbeitungseinrichtung 60 als ein Messbild ab. Die Kamera 40 ist ferner in einer Position gehalten, in der sie die Kalibriervorrichtung 10a abbilden kann, z. B. an einem Ende eines Roboters, einer Wand, einer Decke oder dergleichen und dort befestigt. Die Kamera 40 ist so angeordnet, dass ihre Abbildungsrichtung dem charakteristischen Teil 20a der Kalibriervorrichtung 10a gegenüber liegt und die Abbildung des charakteristischen Teils 20a erlaubt. Ferner kann die Kamera 40a den charakteristischen Teil 20a nicht nur von oben, sondern auch aus einer geneigten Richtung abbilden.
Die Bildverarbeitungseinrichtung 60 ist mit der Kamera 40 über eine drahtlose Verbindung verbunden und ist außerhalb der Kamera 40 angeordnet. Die Bildverarbeitungseinrichtung 60 verarbeitet das Messbild des von der Kamera 40 aufgenommenen charakteristischen Teils 20a und erkennt die Lage, Gestalt usw. des charakteristischen Teils 20a aufgrund der Verarbeitungsergebnisse. Bei Verwendung des charakteristischen Teils als einen Bezugspunkt führt die Bedienungsperson des Bildmesssystems eine Kalibrierung bzw. Eichung der internen Parameter der Kamera, der mechanischen Parameter des Roboters und dergleichen aus. Das Verfahren zum Kalibrieren unter Verwendung des charakteristischen Teils als eine Bezugsmarke ist die gleiche wie bei dem bekannten Verfahren und daher wird auf eine nähere Erläuterung verzichtet. Die Bildbearbeitungseinrichtung 60 kann auch eine bekannte sein, die von einer CPU, einem Datenspeicher oder einer Schnittstelle usw. zur Verfügung gestellt wird und daher wird auch hier auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet.
Als nächstes wird die Kalibriervorrichtung 10a gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Wie in 1A und 1B dargestellt, besteht die Kalibriervorrichtung 10a aus einer Platte 14 (dem Hauptkörper) mit einer oberen Fläche 18 und einer Platte 16 (Verschlussteil), die an einer unteren Fläche 29 entgegengesetzt zur oberen Fläche 18 angebracht ist, wobei die Platte 16 ein von der Platte 14 getrenntes Bauteil ist und aus einem schwach reflektierenden Werkstoff mit einem Reflexionsvermögen ausgebildet ist, das kleiner als das Reflexionsvermögen der oberen Fläche 18 der Platte 14 ist. Die Vielzahl der charakteristischen Teile 20a in der Form von Vertiefungen ist in der oberen Fläche 18 der Platte 14 ausgebildet und jeder charakteristische Teil 20a hat eine Öffnung 22a einer vorbestimmten Form bzw. Gestalt. Jeder charakteristische Teil 20a der Kalibriervorrichtung 10a hat z. B., wie es in 1A dargestellt ist, eine runde Öffnung bzw. ein Loch 22a und die charakteristischen Teile 20a sind in einer Anordnung von vier in der Tiefe und vier in der Breite vorgesehen, um ein kombiniertes Muster als Ganzes zu bilden. Die Gestalt der Öff nung 22a des charakteristischen Teils 20a sollte nicht auf eine Kreisform beschränkt sein, sondern es kann eine dreieckförmige, eine rechteckförmige Form haben oder kann ein kombiniertes Muster aus diesen Formen sein.
Als nächstes wird der Aufbau des charakteristischen Teils 20a erläutert. Wie es in 1B dargestellt ist, ist jeder charakteristische Teil 20a der Kalibriervorrichtung 10a gemäß der ersten Ausführungsform ist von einem in der Platte 14 ausgebildeten Durchgangsloch 28, das sowohl zur oberen Fläche 18 als auch zur unteren Fläche 29 der Platte 14 hin offen ist, und der Platte 16, die die Öffnung des Durchgangslochs 28 an der Seite der unteren Fläche verschließt, gebildet. Die Öffnung des Durchgangslochs 28 auf der Seite der oberen Fläche entspricht einer Öffnung 22a des charakteristischen Teils 20a und die innere Umfangsfläche des Durchgangslochs 28 entspricht einer Seitenfläche 24a des charakteristischen Teils 20a. Die Oberfläche der Platte 16, die durch das Durchgangsloch 28 frei liegt, entspricht einer Bodenfläche 26a des charakteristischen Teils 20a. Die Bodenfläche 26a ist durch die Platte 16, die aus einem schwach reflektierenden Werkstoff besteht, gebildet und folglich ist das Reflexionsvermögen der Bodenfläche 26a geringer als das optische Reflexionsvermögen der oberen Fläche 18 der Platte 14. Bei der ersten Ausführungsform ist die Platte 16 durch Ausschneiden aus einem schwarzen Schwamm in Form eine Platte erzeugt.
Die obere Fläche 18 der Platte 14 hat auch, wie dies in 1B dargestellt ist, einen flachen Abschnitt 30 in einem Bereich neben dem charakteristischen Teil 20a und die Seitenfläche 24a des charakteristischen Teils 20a erstreckt sich in einer zu dem flachen Teil 30 der oberen Fläche 18 rechtwinkligen Richtung. Die Bodenfläche 26a des charakteristischen Teils 20a erstreckt sich ferner in einer zu der Seitenwand 24a rechtwinkligen Richtung.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Erkennung des charakteristischen Teils 20a unter Verwendung der 1B bis 2B näher erläutert. 2A ist eine Querschnittsansicht, die die lagemäßige Zuordnung zwischen der Kalibriervorrichtung 10a gemäß der ersten Ausführungsform und der Kamera 40, die die Kalibriervorrichtung 10a abbildet, zeigt. 2B ist eine Ansicht, die einen Teil des Messbilds 45a der Kalibriervorrichtung 10a zeigt, das von der Kamera 40 aufgenommen wurde.
Als nächstes wird das Merkmal, dass die Brillanz des charakteristischen Teils 20a geringer ist als die Brillanz der umgebenden oberen Fläche 18a der Platte 14, beschrieben. Wie in 1B dargestellt, wird das äußere Licht 50a, das von außen her auf die Kalibriervorrichtung 10a fällt, durch die obere Fläche 18 der Platte 14 reflek tiert. Auf der anderen Seite wird das äußere Licht 50b, das durch die Öffnung 22a auf die Innenseite des charakteristischen Teils 20a fällt, durch die Seitenfläche 24a reflektiert und fällt auf die Bodenfläche 26a. Unter normalen Umständen wird das äußere Licht 50b von der Bodenfläche 26a reflektiert. Da jedoch die Bodenfläche 26a die Platte 16 ist, die aus einem Werkstoff geringen Reflexionsvermögens hergestellt ist, wird das auf die Bodenfläche 26a fallende äußere Licht 50b kaum reflektiert. Folglich nimmt die von der Bodenfläche 26a reflektierte Lichtmenge ab und als Ergebnis hiervon ist die Brillanz der Bodenfläche 26 geringer als die Brillanz bzw. das Reflexionsvermögen oder die Helligkeit der oberen Fläche 18 der Platte 14.
Da die Bodenfläche 26a kaum Licht reflektiert, nimmt ferner die nach außen durch die Seitenfläche 24a reflektierte Lichtmenge auch ab. Daher ist auch die Brillanz der Seitenfläche 24a geringer als die Brillanz der oberen Fläche 18 der Platte 14. In dieser Beziehung jedoch nimmt die Brillanz der Seitenfläche 24a durch die Lichtstreuung von der oberen Fläche 18 der Platte 14 und der gegenüberliegenden Seitenfläche ab und folglich wird die Brillanz der Seitenfläche 24a nicht so gering werden wie die Brillanz der Bodenfläche 26a. Die Bodenfläche 26a und die Seitenfläche 24a haben eine geringe Brillanz, wobei die Brillanz des charakteristischen Teils 20a (innerhalb der Öffnung bzw. des Lochs 22a) geringer als die Brillanz der umgebenden oberen Fläche 18 der Platte 14. Der charakteristische Teil 20 wird im Vergleich zur oberen Fläche 18 der Platte 14 dunkel abgebildet.
Als nächstes wird ein spezielles Beispiel des von der Kamera 40 aufgenommenen Messbildes unter Verwendung der 2A und 2B erläutert. Wie dies in 2A dargestellt ist, ist die Kamera 40 schräg oberhalb des charakteristischen Teils 20a angeordnet. Deshalb wird, wie dies in 2B dargestellt ist, in dem von der Kamera 40 aufgenommenen Messbild 45a die Öffnung 22a des charakteristischen Teils 20 in eine Ellipsenform erkannt. Ferner bildet die Kamera 40 die Innenseite des charakteristischen Teils 20a durch die Öffnung 22a ab. Daher ist, wie dies in 2A dargestellt ist, die Innenseite des von der Kamera 40 abgebildeten charakteristischen Teils 20a durch die Innenseite des charakteristischen Teils 20, der in dem Bereich um die distale Seite der Blicklinie 41a und die proximale Seite der Blickachse 42a (Abbildungsbereich 44a des inneren charakteristischen Teils) herum enthalten. Man beachte, dass die distale Seite der Blicklinie 41a die Blicklinie der Kamera 40 ist, die die Position F der Kamera 40 und den Punkt E1 auf der Öffnung 22a fern von der Position F der Kamera 40 verbindet, und in 2A durch die gestrichelte Linie FE1 angedeutet ist. Die proximale Seite der Blicklinie 42a wird durch die Blicklinie der Kamera 40 bestimmt, die die Position F der Kamera und den Punkt E2 auf der Öffnung 22a näher zur Kamera 40 als der Punkt E1 und einer Verlängerung der Linie verbindet und ist als gestrichelte Linie FQ in 2A dargestellt.
Wie es in 2A dargestellt ist, umfasst der Bildbereich 44a des inneren charakteristischen Teils einen Teil der Seitenfläche 44a und einen Teil der Bodenfläche 26a. Wenn die Kamera 40 den charakteristischen Teil 20a abbildet, werden die Brillanz beziehungsweise Bildhelligkeit, die die der Seitenfläche 24a angibt, und die Brillanz, die die der Bodenfläche 26a angibt, in dem Messbild 45a innerhalb des durch die Öffnung 22a begrenzten Bereichs dargestellt. Die Bildverarbeitungseinrichtung 60 des Bildmesssystems 100 kann die Position, die äußere Begrenzung usw. des charakteristischen Teils 20a durch Verarbeitung des Messbildes 45a aufgrund der zwei unterschiedlichen Brillanzwerte beziehungsweise Bildhelligkeiten erkennen.
Da der charakteristische Teil 20a die Form einer Vertiefung bzw. Ausnehmung hat, ist daher ein großer Teil des auf die Bodenfläche 26a des charakteristischen Teils 20a fallenden Lichts durch die Seitenfläche 24a reflektiertes Licht. Ausgenommen den Fall, dass das Licht aus einer Richtung rechtwinklig zur Platte 14 einfällt, dient die Seitenfläche 24a des charakteristischen Teils 20s als ein Hindernis und folglich fällt ein kleiner Teil des Lichts unmittelbar auf die Bodenfläche 26a. Es ist daher selten, dass die Brillanz der Bodenfläche 26a aufgrund einer durch das direkte Licht erzeugten Blendung zunimmt. Auf diese Weise hat der charakteristische Teil 20a eine Struktur, in die Licht kaum reflektiert wird und die geringe Brillanz des charakteristischen Teils 20a kann so aufrechterhalten werden. Daher kann das Bildmesssystem 100 den charakteristischen Teil 20a unabhängig von den Licht- bzw. Beleuchtungsbedingungen stabil erkennen.
Durch die Kalibriervorrichtung 10a gemäß der ersten Ausführungsform ist das Reflexionsvermögen der Bodenfläche 26a des charakteristischen Teils 20a in Form einer Vertiefung bzw. Ausnehmung gering, weshalb das auf den charakteristischen Teil 20a einfallende Licht kaum zur Außenseite des charakteristischen Teils 20a hin reflektiert wird. Da die Menge des von der Bodenfläche 26a reflektierten Lichts abnimmt, ist die Brillanz bzw. Helligkeit der Bodenfläche 26a geringer als die Brillanz der oberen Fläche 18 der Platte 14. Weil die Bodenfläche 26a kaum Licht reflektiert, nimmt auch die Menge des zur Außenseite hin durch die Seitenfläche 24a reflektierten Lichts ebenfalls ab. Somit wird die Brillanz des charakteristischen Teils 20a geringer als die Brillanz der oberen Fläche 18 der Platte 14. Hinzukommt, weil der charakteristische Teil 20a in Form einer Vertiefung ausgebildet ist, außer in dem Fall, in dem das Licht aus einer Richtung rechtwinklig zur Platte 14 einfällt, dass die Sei tenfläche 24a des charakteristischen Teils 20a als ein Hindernis wirkt und folglich eine geringe Menge des Lichts unmittelbar auf die Bodenfläche 26a fällt. Daher kommt es selten vor, dass die Brillanz des Bodens 26a aufgrund der durch das direkte Licht erzeugten Blendung zunimmt. Auf diese Weise hat der charakteristische Teil 20a eine Struktur beziehungsweise einen Aufbau, die kaum Licht reflektieren, und es kann die niedrige Brillanz des charakteristischen Teils 20a aufrechterhalten werden. Das Bildmesssystem 100 kann daher den charakteristischen Teil 20a unabhängig von den Licht- bzw. Beleuchtungsbedingungen stabil erkennen. Wenn eine Farbe wie im Stand der Technik verwendet wird, kann aufgrund der Reflexion von Licht der Umriss unbestimmt sein. Im Gegensatz dazu wird nach der vorliegenden Erfindung der charakteristische Bereich aufgrund der Differenz der Brillanz bzw. des Reflexionsvermögens erkannt und kann folglich der Umriss des charakteristischen Teils 20a nicht aufgrund der Reflexion unbestimmt werden. Folglich kann das Bildmesssystem 100 den charakteristischen Bereich 20a präzise erkennen. Anders als nach dem Stand der Technik wird auch keine Farbe verwendet und folglich besteht keine Einschränkung im Einsatz der Kalibriervorrichtung 10a und wird die Handhabung einfacher. Ferner können die obere Fläche 18 des Hauptkörpers der Kalibriervorrichtung 10a und die Seitenfläche 24a des charakteristischen Teils 20a aus dem gleichen Werkstoff gefertigt werden und kann die gleiche Oberfächenbehandlung angewendet werden. Darüber hinaus kann der charakteristische Teil 20a leicht hergestellt und präzise durch Stechen der oberen Fläche 18 der Platte 14 mit maschineller Bearbeitung hergestellt werden und somit ist z. B. eine teure Flüssigkristallanzeige der im japanischen Patent Nr. 3512092 beschriebenen Kalibriervorrichtung nicht erforderlich. Somit kann die Kalibriervorrichtung 10a mit geringen Herstellungskosten gefertigt werden.
Ferner müssen je nach der Zielsetzung der Kalibrierung bzw. Eichung die relative örtliche Beziehung zwischen dem charakteristischen Teil bzw. Teilstück auf der Kalibriervorrichtung und dem Kalibrierungsziel zunächst mit einem hohen Grad an Genauigkeit festgelegt werden. Im Falle der Kalibrierung interner bzw. eigener Parameter usw. der Kamera in dem Kamerasystem 110 mit der Kamera 40 sollte z. B., wie dies in 8A gezeigt ist, der charakteristische Teil bzw. Teilbereich 20a derart angeordnet sein, dass die Position zueinander und die relativen Stellung zwischen dem charakteristischen Teil 20a auf der Kalibriervorrichtung 10a und einem Träger, an dem die Kamera 40 angebracht ist, vorgegebene Werte haben. Ebenfalls sollte, wie es in 8B dargestellt ist, im Fall der Kalibrierung der mechanischen Parameter eines Roboters 120 der charakteristische Teil 20a so angeordnet sein, dass die relative Position und relativen Stellungen zwischen dem charakteristischen Teil 20a auf der Kalibriervorrichtung 10a und einem Grundgestell 121 des Roboters die vorgegebenen Werte haben. In diesen Fällen ist, wie es in 8C dargestellt ist, ein Markierungspunkt zum Positionieren (nachfolgend als Positionierungsmarkierung 32 bezeichnet) auf der Kalibriervorrichtung 10a vorgesehen und ist die Kalibriervorrichtung 10a auf dem Halter 111 für das Kamerasystem 110 oder dem Grundgestell 121 des Roboters 120 vorgesehen, wobei es die Positionierungsmarkierung 32 einsetzt. Die speziellen Mittel für die Positionierungsmarkierung 32 können eine Anschlagfläche, ein Passstück, ein Positionierungsstift, ein Positionierungsloch für einen Stift und dergleichen sein und diese werden im Wesentlichen unter Verwendung einer Werkzeugmaschine hergestellt. Wenn der charakteristische Teil auf der Kalibriervorrichtung unter Verwendung einer anderen Vorrichtung als der Vorrichtung zur Erstellung der Positionierungsmarkierung 32, wie z. B. eine Druckvorrichtung erzeugt wird, ergeben sich Probleme, wie z. B. dass die Genauigkeit der relativen Lage zwischen dem charakteristischen Teil bzw. Teilstück und der Positionierungsmarkierung 32 abnimmt, die Herstellungskosten ansteigen und dergleichen. Entsprechend der Kalibriervorrichtung 10a nach der vorliegenden Erfindung können der charakteristische Teil 20a der Kalibriervorrichtung 10a und die Positionierungsmarkierung 32 durch maschinelle Bearbeitung erzeugt werden. Wenn der charakteristische Teil 20a und die Positionierungsmarkierung 32 Löcher mit der gleichen Formgebung sind, können diese gleichzeitig unter Verwendung der gleichen Werkzeugmaschine hergestellt werden, wodurch eine hohe Präzision der gegenseitigen räumlichen Lage zwischen dem charakteristischen Teil 20a und der Positionierungsmarkierung 32 erzielt wird.
Als nächstes wird ein anderes Beispiel eines charakteristischen Teils 20a unter Verwendung der 3 erläutert. Der 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen charakteristischen Teil 21a zeigt, der ein anderes Beispiel für den charakteristischen Teil 20a auf der Kalibriervorrichtung 10a längs der Linie I-I der 1A darstellt. Der charakteristische Teil 20a und der charakteristische Teil 21a unterscheiden sich voneinander hinsichtlich der Form der Seitenfläche und des Bereichs der Bodenfläche.
Die Seitenfläche 24a des charakteristischen Teils 20a, die in 1B dargestellt ist, ist derart gestaltet, dass sie sich in einer Richtung rechtwinklig zum flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 der Platte 14 erstreckt. Die Seitenfläche 25a des charakteristischen Teils 21a, der in 3 dargestellt ist, ist derart geformt, dass der Winkel Φ zwischen der Seitenfläche 25a und der oberen Fläche der Platte 14 ein stumpfer Winkel ist (der nachfolgend als ein offener Winkel Φ der Öffnung bezeichnet wird). Der charakteristische Teil 21a ist derart gestaltet, dass der Öffnungsbereich in der Querschnittsebene parallel zum flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 von der oberen Fläche 18 zur Bodenfläche 27a (in Richtung G in 3) hin zunimmt. Wie es in 3 dargestellt ist, hat der Längsschnitt des charakteristischen Teils 21a eine trapezförmige Gestalt und ist die Ausdehnung der Bodenfläche 27a größer als die Ausdehnung bzw. Erstreckung der Öffnung 22a.
Wie es in 2B dargestellt ist, erkennt das Bildmesssystem 100, das die Kalibriervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt, den charakteristischen Teil auf der Grundlage der Brillanz bzw. des Reflexionsvermögens. Je größer der Unterschied zwischen der Brillanz der oberen Fläche 18 der Platte 14 und der Brillanz des charakteristischen Teils ist, um so klarer erscheint der Umriss des charakteristischen Teils, was zu einer präzisen Erkennung des charakteristischen Teils durch das Bildmesssystem 100 führt. Verglichen mit der Bodenfläche 26a des charakteristischen Teil 20a, wie er in 1B gezeigt ist, wird die Bodenfläche 27a des charakteristischen Teils 21a vergrößert und folglich nimmt, wenn die Kamera 40 den charakteristischen Teil 21a abbildet, die Größe bzw. Erstreckung der Bodenfläche 27a, die durch die Öffnung 22a des charakteristischen Teil 21a mit Hilfe der Kamera 40 abgebildet ist, zu. In dem Messbild nimmt die Größe bzw. Erstreckung mit einem größeren Unterschied in der Brillanz im Vergleich zu der Brillanz der oberen Fläche der Platte 14 (der schwarze Bereich in 2A) innerhalb des durch die Öffnung 22a des charakteristischen Teils 21a abgegrenzten Bereichs zu. Mit anderen Worten wird der Umriss bzw. die Gestalt des charakteristischen Teils 21a deutlicher und folglich kann das Bildmesssystem 100 den charakteristischen Teil 21a präzise erkennen.
Zweite Ausführungsform
4A stellt eine perspektivische Ansicht einer Ausbildung der Kalibriervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dar. 4B ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels der Kalibriervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 5A ist eine Querschnittsansicht längs der Linie V-V der 4A und zeigt den charakteristischen Teil 20b der Kalibriervorrichtung 10b, die in 4A dargestellt ist. 5B ist eine Querschnittsansicht längs der Linie V-V der 4A und zeigt den charakteristischen Teil 21b, der ein anderes Beispiel des charakteristischen Teils 20b bildet.
Die zweite Ausführungsform wird unter Verwendung der 4A bis 5B erläutert. Die Kalibriervorrichtungen 10b und 10c gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheiden sich von der Kalibriervorrichtung 10a gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich des Verfahrens zur Ausbildung der Vertiefung bzw. Ausnehmung.
Zunächst wird der charakteristische Teil der Kalibriervorrichtung gemäß der zweiten Ausbildungsform erläutert. Die Platte 14 der Kalibriervorrichtung 10b, die in 4A dargestellt ist, ist auf dieser mit einer Vielzahl von charakteristischen Teilen 20b mit je einer kreisförmigen Öffnung 22b versehen. Daher ist die Kalibriervorrichtung 10b auf der oberen Fläche 18 der Platte 14 mit Abschnitten versehen, die durch die charakteristischen Teile 20b voneinander getrennt und mit dem umgebenden Bereich nicht verbunden sind (nicht vertiefte Abschnitte 15, die weißen Abschnitten in den Ringen in 4A).
Auf der anderen Seite ist die Platte 14 der Kalibriervorrichtung 10c, die in 4B dargestellt ist, mit einer Vielzahl von charakteristischen Teilen 20c mit rechteckigen Öffnungen 22c versehen, um so ein schachbrettartiges Muster zu bilden. Die Kalibriervorrichtung 10c hat somit Abschnitte 15 ohne Vertiefungen, die mit den umgebenden Bereichen nicht verbunden sind, ähnlich der Kalibriervorrichtung 10b in 4A. Da die Kalibriervorrichtungen 10b und 10c Abschnitte 15 ohne Vertiefungen haben, sind, wenn die charakteristischen Teile 20b und 20c jeweils mittels durchgehender Löcher in der Platte 14 geformt sind, ebenso wie die Kalibriervorrichtung 10a nach der ersten Ausführungsform, die Abschnitte 15 ohne Vertiefungen von der Platte 14 getrennt und können somit die Kalibriervorrichtungen 10b und 10c die Abschnitte 15 ohne Vertiefungen nicht genau halten.
Daher besteht der charakteristische Teil 20b, wie er in 5A dargestellt ist, aus einer Vertiefung 31 mit Boden, die in der Platte 14 ausgebildet ist, und einer gering reflektierenden Schicht beziehungsweise Lage 17, die ein von der Platte 14 selbständiges Teil ist und in die Vertiefung 31 mit Boden eingesetzt ist. Dadurch bildet die Öffnung der Vertiefung 31 mit einem Boden eine Öffnung 22b des charakteristischen Teils 20b und bestimmt die innere Umfangsfläche der Vertiefung 31 mit Boden eine Seitenfläche 24b des charakteristischen Teils 20b und bildet die Oberfläche der gering reflektierenden Lage 17 die Bodenfläche 26b des charakteristischen Teils 20b. In dem charakteristischen Teil 20b erstreckt sich die Seitenfläche 24b des charakteristischen Teils 20b in einer zu dem flachen Bereich 30 der oberen Fläche 18 der Platte 14 orthogonalen Richtung, ähnlich dem charakteristischen Teil 20a in 1. Die Seitenfläche 24b ist rechtwinklig zur oberen Fläche 18 ausgebildet. Auch die Bodenfläche 26b des charakteristischen Teils 20b ist durch eine gering reflektierende Lage 17 (Bodenteil) abgeckt mit gering reflektierendem Werkstoff mit einem geringeren Reflektionsvermögen als das Reflektionsvermögen der oberen Fläche 18 der Platte 14 gebildet. Wegen der gering reflektierenden Lage 17 ist das Reflektionsvermögen der Bodenfläche 26b des charakteristischen Teils 20b geringer als das optische Reflekti onsvermögen der oberen Fläche 18 der Platte 14. Bei der zweiten Ausführungsform wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ein schwarzer Schwamm, der sich von dem Material der ersten Platte unterscheidet, als ein gering reflektierendes Material verwendet. Folglich ist die Bodenfläche 26b durch eine Lage bzw. Schicht 17 geringen Reflektionsvermögens, gefüllt mit dem schwarzen Schwamm, gebildet.
Der charakteristische Teil 20b ist ohne in die Platte 14 einzudringen gebildet und folglich sind die Teile 15 ohne Vertiefung mit dem Boden 19 der Platte 14 verbunden. Dementsprechend kann die Kalibiervorrichtung 10b genau an den Abschnitten 15 ohne Vertiefung angebracht werden. Das gleiche gilt für die Kalibiervorrichtung 10c. Der charakteristische Teil 20c ist ohne Eindringen in die Platte 14 hergestellt und belässt den Boden der Platte 14 wie er ist. Da die nicht vertieften Abschnitte 15 mit dem Boden der Platte 14 verbunden sind, kann die Kalibiervorrichtung 10c die nicht vertieften Abschnitte 15 genau halten.
Als nächstes wird ein charakteristischer Teil 21b, der ein anderes Ausführungsbeispiel des charakteristischen Teils 20b bildet, unter Verwendung von 5B beschrieben. Die Kalibiervorrichtung 10c gemäß der zweiten, in 5A gezeigten Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die Seitenfläche 24b des charakteristischen Teils 20b sich in einer zum flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 der Platte 16 rechtwinkligen Richtung erstreckt. Auf der anderen Seite ist der charakteristische Teil 21b der in 5B gezeigten Kalibiervorrichtung 10b derart ausgestaltet, dass die Seitenfläche 25b gegenüber dem flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 der Platte 14 geneigt ist. Der charakteristische Teil 21b ist nämlich so ausgestaltet, dass der Öffnungsbereich im zum flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 parallelen Querschnitt von der oberen Fläche 18 zur Bodenfläche 27b hin (in Richtung G in 5B) ansteigt. Der längliche Abschnitt des charakteristischen Teils 21b hat eine trapezförmige Gestalt und die Fläche der Erstreckung der oberen Fläche 27b ist größer als der Öffnungsbereich der Öffnung 22b. Durch Ausbildung des charakteristischen Teils 21b wie oben angegeben, ähnlich dem in 3 dargestellten charakteristischen Bereich 21a, nimmt die Fläche der Bodenfläche 27b abgebildet durch die Kamera 40 innerhalb des durch die Öffnung 22b des charakteristischen Teils 21b angegebenen Bereichs, der im Messbild aufgezeichnet ist, zu. Folglich kann das Bildmesssystem 100 den charakteristischen Bereich 21b genauer erkennen.
Die Fläche bzw. Erstreckung der Bodenfläche 27b des charakteristischen Teils 21b ist, wie oben erwähnt, ferner größer als die Fläche der Öffnung 22b des charakteristischen Teils 21b. Daher sollte das gering reflektierende Material ein deformierbares Material sein, sodass die gering reflektierende Lage 17 aus dem gering reflektierenden Material von der Öffnung 22b aus eingesetzt werden kann. Die Bodenfläche 27b des charakteristischen Teils 21b ist durch die gering reflektierende Lage 17, gefüllt mit schwarzem Schwamm, gebildet, ebenso wie der in 5A dargestellte charakteristische Teil 20b.
Dritte Ausführung
6A ist eine Draufsicht auf ein Bildmesssystem 100, das die räumliche Zuordnung zwischen einer Kalibiervorrichtung 10d gemäß der dritten Ausführungsform und der Kamera 40 darstellt. 6b ist eine Querschnittsansicht längs der Linie VI-VI der 6A. 6C ist eine Ansicht, die einen Teil des Messbilds 45d der von der Kamera 40 abgebildeten Kalibriervorrichtung 10d zeigt. Die dritte Ausführungsform wird nun unter Verwendung der 6A bis 6C erläutert.
Die Kalibriervorrichtung 10d gemäß der dritten Ausführungsform hat als ein Merkmal, dass die Gestalt und Größe des charakteristischen Teils 21d der Kalibiervorrichtung 10d so eingestellt ist, dass sie die Seitenfläche 25d des charakteristischen Teils 21d, wenn die Kamera 40 den charakteristischen Teil 21d abbildet, aufgrund des Winkels der optischen Achse der Kamera 40, der mit Bezug auf den charakteristischen Teil 21d zur Kalibrierung im Bildmesssystem 100 festgelegt ist, nicht abgebildet. Der Aufbau des charakteristischen Teils 21d ist der gleiche wie der des charakteristischen Teils 21a der Kalibiervorrichtung 10a gemäß der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform, weshalb auf dessen Beschreibung verzichtet ist.
Wie es in 2B dargestellt ist, je nach den relativen Positionen zwischen der Position der Kamera und der Kalibiervorrichtung können sowohl die Seitenfläche als auch die Bodenfläche der Vertiefung in dem von der Kamera aufgenommenen Messbild aufgezeichnet werden. Das Bildmesssystem verarbeitet folglich das Messbild auf der Grundlage von zwei unterschiedlichen Brillanz- bzw. Reflektionsvermögenswerten, um den charakteristischen Teil zu erkennen. Es ist dem Bildmesssystem möglich, die Verarbeitung aufgrund von zwei unterschiedlichen Brillanzwerten vorzunehmen. Die Verarbeitung aufgrund eines einzigen Brillanzwerts kann jedoch den Algorithmus und das Programm hierzu einfach gestalten. Wenn der Algorithmus und das Programm einfach sind, lässt sich die für das Bildmesssystem zum Erkennen des charakteristischen Bereichs erforderliche Zeit verkürzen. Der charakteristische Teil 21d der Kalibiervorrichtung 10d der dritten Ausführungsform ist daher mit einer Größe und einer Gestalt ausgebildet, durch welche die Seitenfläche 25c von der Kamera 40 nicht abgebildet wird. Daher wird nur ein Brillanzwert der Bodenfläche 27d in dem von der Kamera 40 aufgenommenen Messbild 45d aufgezeichnet.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Größe des charakteristischen Teils 21d, bei dem die Seitenfläche 25d des charakteristischen Teils 21d nicht durch die Kamera 50 abgebildet wird, wird nun erläutert. Wie dies in 6A und 6B dargestellt ist, bildet die Kamera 40 den charakteristischen Teil 21d schräg von oben ab und ist so angebracht, dass die Kamera die Innenseite des charakteristischen Teils 21d durch die Öffnung 22d abbildet. Wie dies in 6B gezeigt ist, bildet die Kamera 40 eine Innenseite des charakteristischen Teils 21d ab, die in dem durch die distale Seite der Blicklinie 41d und die proximale Seite der Blicklinie 42d (Abbildungsbereich 44d des inneren charakteristischen Teils) eingeschlossen ist. Man beachte, dass die auf der distalen Seite liegende Blicklinie 41d durch eine Blick- bzw. Beobachtungslinie der Kamera gebildet ist, die die Position F der Kamera 40 und den entfernt von der Kamera 40 auf der Öffnung 22d liegenden Punkt E1 und einer Verlängerung der Linie definiert wird und in 6B als gestrichelte Linie FP dargestellt ist. Die auf der proximalen Seite liegende Blicklinie 42d wird durch die Blicklinie der Kamera 40 definiert, die die Position F der Kamera 40 und den näher an der Kamera 40 als der Punkt E1 liegenden Punkt E2 der Öffnung 22d und einer Verlängerung der Linie definiert wird und ist als gestrichelte Linie FQ in 6B dargestellt. Der Punkt E2 befindet sich an einer Stelle, wie sie in 6A dargestellt ist, an der die horizontale Komponente der auf der distalen Seite liegende Blicklinie 41d, die den Punkt E auf der Öffnung 22d und die Position F der Kamera 40 verbindet, die Öffnung 22d schneidet. Wenn die Seitenfläche 25d des charakteristischen Teils 21d vom Abbildungsbereich 44d des inneren charakteristischen Teils nicht eingeschlossen ist, sondern nur die Bodenfläche 27d darin erfasst ist, bildet die Kamera 40 die Seitenfläche 45d nicht ab, sondern bildet lediglich die Bodenfläche 27d ab.
Die Gestalt des charakteristischen Teils 21d der Kalibriervorrichtung 10d wird nun erläutert. Wie in 6B dargestellt, ist der charakteristische Teil 21d so ausgestaltet, dass die offene Fläche im Querschnitt parallel zu dem flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 von der oberen Fläche 18 zur Bodenfläche 27d hin (in Richtung G in 6B) zunimmt. Der Winkel Φ zwischen der oberen Fläche 18 und der Seitenfläche 25d wird, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt. Zunächst wird der Winkel θ zwischen der auf der distalen Seite liegenden Blicklinie 41d und der oberen Fläche 18 der Platte 14 an allen Punkten auf der Öffnung 22d des charakteristischen Teils 21d bestimmt und der Maximalwert des Winkels θ, θmax, gewonnen. Der Maximalwert θmax kann von dem Punkt Emax auf der Öffnung 22d, der am weitesten von der Position F der Kamera 40 entfernt liegt, gewonnen werden. Wenn die Seitenfläche 25d so ausgebildet wird, dass der Winkel Φ zwischen der oberen Fläche 18 und der Seitenfläche 25d den Maximalwert θmax oder mehr annimmt, ist die Seitenfläche 25d im Abbildungsbereich 44d des inneren charakteristischen Teils nicht enthalten. Dies hat zur Folge, dass die Seitenfläche 25d von der Kamera 40 nicht abgebildet wird und dass nur die Bodenfläche 27d abgebildet wird. Wie es in 6C dargestellt ist, wird im von der Kamera 40 aufgenommenen Messbild 45d nur eine einzige Brillanz, nämlich die, die die Bodenfläche 27d erfasst, innerhalb des durch die Öffnung 22d des charakteristischen Teils 21d umschriebenen Bereichs aufgezeichnet.
Der offene Winkel Φ der in 6B dargestellten Öffnung wird mit Hilfe der folgenden Gleichung 1 bestimmt: Φ ≥ θmax (Gleichung 1)mit der Maßgabe, dass der Winkel θmax mit Hilfe der nachfolgenden Gleichung 2 bestimmt wird: θmax = 180° – tan–1·(Zc/Rmax) (Gleichung 2)
Zc ist eine Variable für jedes Abbildungssystem und ist die Höhe über der oberen Fläche 18 der Platte 14 derr Position F der Kamera 40. Rmax ist die Länge einer horizontalen Komponente eines Liniensegmentes, das den Punkt Emax, der der Punkt auf der Öffnung 22d des charakteristischen Teils 21d an der am weitesten weg gelegenen Position von der Kamera 40 ist, mit der Position F der Kamera 40 verbindet. Wenn die Gestalt bzw. Form der Öffnung 22d ein Kreis ist, liegt der Punkt Emax auf der Linie, die mit der horizontalen Komponente der Linie zusammen fällt, die die Position F der Kamera 40 und den Mittelpunkt der Öffnung 22d miteinander verbindet.
Auch der Winkel α, den die optische Achse 43d der Kamera 40 mit der oberen Fläche 18 der Platte 14 einschließt, die Öffnungsweite der Öffnung 22d des charakteristischen Teils 21d und der Schnittpunkt der optischen Achse 43d mit der Öffnung 22d können zur Bestimmung des Maximalwerts θmax des Winkels θ herangezogen werden, um somit den Öffnungswinkel Φ der Öffnung zu gewinnen.
Durch Verwendung der Kalibriervorrichtung 10d gemäß der dritten Ausführungsform wird eine einzige Brillanz der Bodenfläche 27d in dem Messbild 45d efasst. Folglich kann das Bildmesssystem 100 die Bildverarbeitung bzw. Bildauswertung mit einem einfachen Algorithmus oder Programm ausführen und kann die zur Erkennung des charakteristischen Teils 21d erforderliche Zeit verkürzt werden.
Ferner kann die Kamera 40 gerade oberhalb des charakteristischen Teils 21d angeordnet werden, auch wenn sich die Kamera 40 schräg oberhalb des charakteristischen Teils 21d in 6A und 6B befindet. Der Längsschnitt des charakteristischen Teils 21d hat eine trapezförmige Gestalt und die Seitenfläche 25d ist geneigt, um sich nach außen von der Öffnung 22d weg zu erstrecken. Selbst wenn die Kamera 40 den charakteristischen Teil 21d gerade von oben abbildet, wird daher die Brillanz der Seitenfläche 25d von dem Messbild 45d nicht erfasst und nur die Brillanz, die die der Bodenfläche 27d wiedergibt, wird innerhalb des durch die Öffnung 22d bestimmten Bereichs erfasst. Selbst wenn die Kamera 40 gerade oberhalb vorgesehen ist, kann folglich der gleiche Effekt erzielt werden, der im oben beschriebenen Fall erreicht wird, wenn die Kamera 40 schräg oberhalb angeordnet ist.
Vierte Ausführungsform
7A ist eine Draufsicht auf das Bildmesssystem 100, das die gegenseitige lagemäßige Anordnung zwischen der Kalibriervorrichtung 10e gemäß der vierten Ausführungsform und der Kamera 40 zeigt. 7B ist eine Querschnittsansicht längs der Linie VII-VII in 7A. 7C stellt eine Ansicht dar, die einen Teil des Messbilds 45e der von der Kamera 40 abgebildeten Kalibrlervorrichtung 10e zeigt. Die vierte Ausführungsform wird nun unter Verwendung der 7A bis 7C erläutert.
Die Kalibriervorrichtung 10e entsprechend der vierten Ausführungsform hat das Merkmal, das die Form bzw. Gestalt und Größe des charakteristischen Teils 20e der Kalibriervorrichtung 10e so gewählt sind, dass das Bild der Bodenfläche 26e des charakteristischen Teils 20e, wenn die Kamera 40 den charakteristischen Teil 20e aufnimmt, aufgrund des Winkels der optischen Achse der Kamera 40, der mit Bezug auf den charakteristischen Teil 20e zum Kalibrieren im Bildmesssystem 100 festgelegt ist, nicht aufgenommen wird. Der Aufbau des charakteristischen Teils 20e ist der gleiche wie der des charakteristischen Teils 20a der Kalibriervorrichtung 10a gemäß der ersten, in 1B gezeigten Ausführungsform, weshalb dessen Beschreibung weggelassen ist.
Gleich wie bei dem charakteristischen Teil 20a gemäß der ersten Ausführungsform gilt generell, dass das Bildmesssystem den charakteristischen Teil aufgrund von zwei unterschiedlichen Brillanzwerten erkennt. Ebenso wie bei dem charakteristischen Teil 21d gemäß der dritten Ausführungsform ist es möglich, wenn die Seitenfläche geneigt ist, dass die Seitenfläche durch die Kamera nicht abgebildet wird. Je größer der Neigungswinkel θ zwischen der distalen Seite der Blicklinie und der oberen Fläche der Platte ist, je größer ist der offene Winkel Φ der Öffnung, was die Verarbeitung des charakteristischen Teils erschwert.
Folglich ist der charakteristische Teil 20e der Kalibriervorrichtung 10e gemäß der vierten Ausführungsform so ausgebildet, dass deren Seitenfläche 24e sich in einer zum flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 der Platte 14 orthogonalen Richtung erstreckt, d. h. mit anderen Worten, sie ist zur oberen Fläche 18 rechtwinklig, um so die Verarbeitung des charakteristischen Teils 20e zu erleichtern. Fernerhin ist der charakteristische Teil 20e durch Bestimmung einer ausreichenden Tiefe ausgebildet, bei der die Bodenfläche 26e durch die Kamera 40 nicht abgebildet wird. Verglichen mit der Bodenfläche 26e unterscheidet sich die Brillanz der Seitenfläche 24e weniger stark von der Brillanz der oberen Fläche 18 der Platte 14. Da jedoch nur eine einzige Brillanz in dem Messbild wiedergegeben wird, kann das Bildmesssystem 100 die Bildauswertung mit einem einfachen Algorithmus oder Programm ausführen und kann die für die Erkennung des charakteristischen Teils 20e erforderliche Zeit verkürzt werden.
Ein Verfahren zum Bestimmen der Größe des charakteristischen Teils 20e auf die Weise, dass die Bodenfläche 26e durch die Kamera nicht abgebildet wird, wird nun beschrieben. Wie in den 7A bis 7B gezeigt, bildet die Kamera 40 den charakteristischen Teil 20e schräg von oben ab und bildet die Kamera 40 die Innenseite des charakteristischen Teils 20e durch die Öffnung 22e des charakteristischen Teils 20e ab. Ähnlich wie bei dem Abbildungsbereich 44d des inneren charakteristischen Teils, wie er für die dritte Ausführungsform erläutert wurde und wie es in 7B gezeigt ist, bildet die Kamera 40 den charakteristischen Teil 20e in dem Bereich ab, der von der auf der distale Seite liegende Blicklinie 41e und die auf der proximalen Seite liegende Blicklinie 42e (Abbildungsbereich 44e des inneren charakteristischen Teils) gebildet ist. Die auf der distalen Seite liegende Blicklinie 41e ist eine gestrichelte Linie FE1, wie sie in 7B gezeigt ist, die die Position F der Kamera 40 von der Kamera 40 und den Punkt E1 auf der Öffnung 22e entfernt verbindet. Die proximale Seite der Blicklinie 42e ist durch eine Blicklinie der Kamera 40 definiert, die die Position F der Kamera 40 und den näher zu der Kamera 40 als der Punkt E1 liegenden Punkt E2 auf der Öffnung 22e und eine Verlängerung der Linie liegt und ist in 7B durch die gestrichelte Linie FS dargestellt. Wie in 7A gezeigt, ist der Punkt E2 an der Position, an der eine horizontale Komponente der auf der distalen Seite liegenden Blicklinie 41e, die den Punkt E1 auf der Öffnung 22e mit der Position F der Kamera 40 verbindet, die Öffnung 22e schneidet.
Wenn die Bodenfläche 26e des charakteristischen Teils 20e nicht in dem Abbildungsbereich 44e des inneren charakteristischen Teils enthalten ist und nur deren Seitenfläche 44e eingeschlossen ist, bildet die Kamera 40 nur die Seitenfläche 24e durch die Öffnung 22e des charakteristischen Teils 20e ab. Die Tiefe Hh des charakteristischen Teils 20e, die die Bedingung erfüllt, dass nur die Seitenfläche 24e enthalten ist, kann mit Hilfe des nachfolgenden Vorgehens ermittelt werden. Als erstes wird das Verhältnis G des Abstands bzw. der Höhe Zc der Kamera 40 von der oberen Fläche 18 der Platte 14 zur horizontalen Komponente Rc des die Position F der Karema 40 mit dem Punkt E2 verbindenden Liniensegments ermittelt. Dann wird die untere Grenze Hc der Tiefe der Bodenfläche 26e, die von der Kamera 40 nicht abgebildet wird, aus dem Abstand Dh zwischen dem Punkt E1 und dem Punkt E2 unter Verwendung des Verhältnisses G so ermittelt, dass das Verhältnis zwischen ihnen das gleiche ist wie das Verhältnis G. Zuletzt wird die untere Grenztiefe Hc an jedem Punkt der Öffnung 22e des charakteristischen Teils 20e bestimmt und die Tiefe Hh des charakteristischen Teils 20e so bestimmt, dass wenigstens der Maximalwert der erhaltenen untere Grenztiefe Hc, Hcmax, bestimmt wird. Die Tiefe Hh des charakteristischen Teils 20e wird mit Hilfe der folgenden Gleichung 3 bestimmt: Hh ≥ Hcmax (Gleichung 3)mit der Maßgabe, dass Hcmax der Maximalwert der unteren Grenztiefe Hc ist, die mit Gleichung 4 bestimmt wird, Hc = (Zc/Rc)·Dh (Gleichung 4)mit Hh der Tiefe des charakteristischen Abstands 20e.
Zc ist die Höhe zwischen der oberen Fläche 18 der Platte 14 zur Kamera 40. Rc ist die horizontale Komponente des Liniensegments, das die Position F der Kamera 40 mit dem Punkt E2 der Öffnung 22e verbindet. Dh ist der Abstand zwischen dem Punkt E1 und dem Punkt E2. Wenn die Gestalt der Öffnung 22e ein Kreis ist, hat der untere Grenzwert der Tiefe Hc den Maximalwert Hcmax, wenn der Punkt E1 und der Punkt E2 auf der Linie liegen, die mit der horizontalen Komponente der die Position F der Kamera 40 und den Mittelpunkt der Öffnung 22e miteinander verbindenden Linie, zusammenfällt.
Ferner können, wenn der Winkel α, den die optische Achse 43e der Kamera 40 und die obere Fläche 18 der Platte 14 einschließen, die Öffnungsweite Dh der Öffnung 22e des charakteristischen Teils 20e und des Schnittpunkts der optischen Achse 43e mit der Öffnung 22e zur Bestimmung des Winkels β herangezogen werden können, der durch die auf der proximale Seite liegenden Blicklinie 42e und der oberen Fläche 18 der Platte 14 eingeschlossen wird, verwendet werden, um hierdurch den Maximalwert Hcmax der unteren Grenztiefe Hc unter Verwendung von tanβ für (Zc/Rc) in Gleichung 3 zu gewinnen.
Zur Bestimmung der Höhe Hh des charakteristischen Teils 20e, wie dies in 7C gezeigt ist, wird lediglich der Brillanzwert für die Seitenfläche 24e innerhalb des durch die Öffnung 22e des charakteristischen Teils 20e begrenzten Bereichs in dem durch die Kamera 40 aufgenommenen Messbild 45e bestimmt. Somit kann das Bildmesssystem 100 den charakteristischen Teil 20e durch Bildauswertung nur des einzigen Brillanzwerts der Seitenfläche 24e gewinnen. Ebenso wie bei der dritten Ausführungsform kann das Programm zur Bildauswertung einfacher und die Zeit verkürzt werden, die für das Bildmesssystem 100 zur Erkennung des charakteristischen Teils 20e erforderlich ist. Da die Seitenfläche 24e des charakteristischen Teils 20e darüber hinaus so ausgebildet ist, dass sie sich in der Richtung rechtwinklig zum flachen Abschnitt 30 der oberen Fläche 18 der Platte 14 erstreckt, kann der charakteristische Teil 20e leicht im Vergleich zu dem Fall ausgewertet werden, bei dem die Seitenfläche geneigt ist. Aus diesem Grund kann die Kalibriervorrichtung 10e zu geringeren Kosten hergestellt werden.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zuvor unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann mit verschiedenen Abwandlungen innerhalb des Bereichs ausgeführt werden, der nicht von den wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung abweicht. Zum Beispiel bei den Ausführungsformen, bei denen die Flächen aus einem gering reflektierenden Material durch Ausschneiden aus einem schwarzen Schwamm in Tafelform gemacht werden. Die Flächen oder Tafeln können durch Ausschneiden aus einer schwarzen Plastikplatte oder einer mit schwarzer Farbe überzogenen Metallplatte erzeugt werden, die gering reflektierende Materialien sind. Die Flächen bzw. Tafeln können aus einem nicht reflektierenden Material hergestellt werden. Um die Stabilität der Messungen zu erhöhen, ist es ferner möglich, die Vertiefung in der Platte, die als ein charakteristischer Teil dient, durch maschinelle Bearbeitung herzustellen und anschließend eine Oberflächenbearbeitung durchzuführen, um die glänzende obere Fläche oder den bearbeiteten Abschnitt der Platte diffus reflektierend zu machen. Ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform wird der schwarze Schwamm, der ein gering reflektierendes Material ist, in der mit einer Boden versehenen Vertiefung angeordnet, aber schwarzer Kunststoff und dergleichen, die ein gering reflektierendes Material sind, kann in der einen Boden aufweisenden Vertiefung angeordnet werden. Es kann auch ein nicht reflektierendes Material in der mit einem Boden versehenen Vertiefung vorgesehen werden. Die Bodenfläche kann ferner so bearbeitet werden, dass die Bodenfläche der mit einem Boden versehenen Vertiefung nur gering reflektiert. Die Kalibriervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung beschränkt. Durch Vorsehen des charakteristischen Teils in Form einer Vertiefung in einem Werkstück, die von einer Kamera abgebildet wird, kann die Position des Werkstücks stabil und genau gemessen werden.
Bei der Kalibriervorrichtung der vorliegenden Erfindung hat die Bodenfläche des charakteristischen Teils in Form einer Vertiefung ein geringes Reflektionsvermögen und folglich wird das auf den charakteristischen Teil fallende Licht kaum zur Außenseite des charakteristischen Teils hin reflektiert. Da die Menge des von der Bodenfläche reflektierten Lichts abnimmt, wird die Brillanz der Bodenfläche geringer als die Brillanz der oberen Fläche des Hauptkörpers. Ferner, da die Bodenfläche Licht kaum reflektiert, nimmt die Menge des an der Seitenfläche des charakteristischen Teils zur Außenseite hin reflektierten Lichts ebenfalls ab. Daher wird die Brillanz des charakteristischen Teils geringer als die Brillanz der oberen Fläche des Hauptkörpers. Ferner, Da der charakteristischen Abstand die Form einer Vertiefung bzw. Ausnehmung hat, dient sie als ein Hindernis außer in dem Fall, in dem das Licht aus einer rechtwinklig zum Hauptkörper verlaufenden Richtung einfällt, und folglich fällt kein Licht unmittelbar auf die Bodenfläche. Es kommt daher kaum vor, dass die Brillanz der Bodenfläche aufgrund einer Blendung, die von dem direkten Licht erzeugt wird, ansteigt. Auf diese Weise hat der charakteristische Teil eine Struktur bzw. eine Ausbildung, die kaum Licht reflektiert. Daher kann die geringe Brillanz des charakteristischen Teils aufrechterhalten werden. Daher kann das Bildmesssystem den charakteristischen Teil unabhängig von den Licht- und Beleuchtungsbedingungen stabil erkennen. Wenn eine Farbe – wie im Stand der Technik – verwendet wird, kann die Umrissform aufgrund der Lichtreflektion unbestimmt sein. Nach der vorliegenden Erfindung wird der charakteristische Teil jedoch aufgrund der Differenz der Brillanzwerte ermittelt und kann somit die Umrissform des charakteristischen Teils nicht aufgrund einer Licht reflektion unbestimmt sein. Folglich kann das Bildmesssystem den charakteristischen Teil präzise erkennen. Anders als im Stand der Technik wird auch keine Farbe verwendet und folglich bestehen in der Verwendung der Kalibriervorrichtung keine Einschränkungen und die Handhabung wird einfacher. Ferner kann der charakteristische Teil leicht und präzise durch Stechen der oberen Fläche des Hauptkörpers mittels maschineller Bearbeitung erzeugt werden.
Wenn der charakteristische Teil in dem Hauptkörper durch ein Durchgangsloch und ein Verschlussteil gebildet ist, kann die Kalibriervorrichtung, die mit dem charakteristischen Teil versehen ist, leicht hergestellt werden. Wenn der charakteristische Teil ein Durchgangsloch ist, kann ein getrenntes Schließ- bzw. Abdeckteil verwendet werden, das keinen speziellen Formgebungsprozess erfordert und die Einfärbung jedes charakteristischen Teils unter Verwendung von Farbe ist nicht erforderlich. Daher kann die für die Herstellung der Kalibriervorrichtung erforderliche Zeit abgekürzt werden und kann die Kalibriervorrichtung mit geringeren Kosten gefertigt werden.
Wenn der charakteristische Teil aus einer mit einem Boden versehenen Vertiefung gebildet wird und ein Bodenteil in der mit dem Boden versehenen Vertiefung angebracht wird und das in der Vertiefung mit Boden angeordneten Bodenteil die Bodenfläche bildet, kann der charakteristische Teil leicht mit einer Bodenfläche, deren Reflektionsvermögen geringer als das Reflektionsvermögen der oberen Fläche des Hauptkörpers ist, hergestellt werden. Auch die Vertiefung mit Boden ist durch Stechen der oberen Fläche des Hauptkörpers gebildet, bei dem der Bodenteil des Hauptkörpers verbleibt. Selbst in dem Fall, dass der charakteristische Teil kreisförmig ist oder ein schachbrettartiges Muster hat und die obere Fläche des Hauptkörpers einen durch den charakteristischen Teil getrennten und mit dem umgebenden Bereich nicht verbundenen Bereich hat (nachfolgend als ein nicht vertiefter Bereich bezeichnet), ist der nicht vertiefte Bereich mit den umgebenden Bereichen durch den Bodenbereich des Hauptkörpers verbunden und somit kann die Kalibriervorrichtung die Gestalt bzw. Form und Lage des nicht vertieften Bereichs beibehalten.
Wenn die Seitenfläche des charakteristischen Teils sich in der zu dem flachen Abschnitt der oberen Fläche rechtwinkligen Richtung erstreckt, kann der charakteristische Bereich leichter im Vergleich mit dem Fall, in dem die Seitenfläche des charakteristischen Bereichs geneigt ist, ausgebildet werden. Folglich lässt sich die Kalibriervorrichtung mit geringeren Kosten herstellen.
Ferner werden, wie bereits oben erwähnt, bei dem durch Abbilden der Kalibriervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hilfe einer Kamera gewonnenen Messbilds die Seitenfläche und die Bodenfläche des charakteristischen Bereichs innerhalb des Bereichs erfasst, der durch die Öffnungskante des charakteristischen Bereichs bestimmt ist. Wenn der charakteristische Teil so geformt ist, dass die Fläche der Öffnung von der oberen Fläche zur Bodenfläche hin zunimmt, wenn die Kamera den charakteristischen Bereich abbildet, nimmt die Fläche der Bodenfläche die durch die Öffnung des charakteristischen Bereichs abgebildet wird, zu. In dem Messbild nimmt die Fläche, deren Brillanz eine Größendifferenz von der Brillanz der oberen Fläche des Hauptkörpers hat, innerhalb des durch die Öffnungskante festgelegten Bereichs des charakteristischen Bereichs zu. Je größer der Unterschied zwischen der Brillanz des charakteristischen Teils und der Brillanz der oberen Fläche des Hauptkörpers ist, je klarer ist die Begrenzung des charakteristischen Teils und folglich kann das Bildmesssystem den charaktertischen Abstand mit größerer Präzision erkennen.
Wenn das Bildmessgerät mit der Kalibriervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, kann der auf der Kalibriervorrichtung vorgesehene charakteristische Teil stabiler ausgemessen werden, unabhängig von den Licht- bzw. Beleuchtungsbedingungen.
Wenn die Seitenfläche nicht abgebildet wird und nur die Bodenfläche in dem Messbild erfasst wird, wenn die Kamera den charakteristischen Teil aufnimmt, wird durch das Bildmesssystem gemäß der vorliegenden Erfindung nur ein einziger Brillanzwert, nämlich der der Bodenfläche, in dem Messbild erfasst und wird das Programm zur Verarbeitung des Messbildes folglich einfacher und wird auch die Zeit, die das Bildmesssystem zur Erkennung des charakteristischen Teils braucht, verkürzt.
Wenn die Bodenfläche nicht abgebildet wird und nur die Seitenfläche erfasst wird, wenn die Kamera den charakteristischen Teil abbildet, wird mit dem Bildmesssystem gemäß der vorliegenden Erfindung nur ein einziger Brillanzwert für die Seitenfläche in dem Messbild erfasst und somit wird das Programm zur Verarbeitung des Messbildes einfacher und kann die Zeit, die das Bildmesssystem zur Erkennung des charakteristischen Teils erfordert, verkürzt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand typischer Ausführungsformen erläutert. Für die auf dem vorliegenden Gebiet erfahrene Person versteht es sich, dass die oben erwähnten Abwandlungen und verschiedenen anderen Modifikationen, Abwandlun gen und Zusätze ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, vorgenommen werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 3394278 [0002]
- JP 2008-12604 [0003]
- JP 4021413 [0003]
- JP 2005-300230 [0003, 0004]
- JP 3409931 [0006, 0007]
- JP 3477139 [0006, 0007]
- JP 3512092 [0006, 0008, 0051]
- JP 3575165 [0006, 0008]
- JP 3737919 [0006, 0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ”Roger Y. Tsai, ”An Efficient and Accurate Camera Calibration Technique for 3D Machine Vision”, Proceedings of IEEE Conference an Computer Vision and Pattern Recognition, Miami Beach, FL, 1986, Seiten 364–374” [0002]

Claims

Kalibriervorrichtung (10) zum Kalibrieren in einem Bildmesssystem (100), umfassend: einen Hauptkörper (14) mit einer oberen Fläche (18) und einen charakteristischen Teil (20, 21), der als ein Festpunkt zum Kalibrieren dient und die Form einer Vertiefung hat, die in der oberen Fläche (18) des Hauptkörpers (14) ausgebildet ist; bei der der charakteristische Teil (20, 21) eine Seitenfläche (24, 25), die sich in einer zur oberen Fläche (18) kreuzenden Richtung erstreckt, und eine Bodenfläche (26, 27), die sich in einer die Seitenfläche (24, 25) kreuzenden Richtung erstreckt, aufweist und bei der die Bodenfläche (26, 27) ein optisches Reflektionsvermögen hat, das geringer als das optische Reflektionsvermögen der oberen Fläche (18) gegenüber zueinander identischem Licht hat.
Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der Hauptkörper (14) eine untere Fläche (29) entgegengesetzt zur oberen Fläche (18) hat, bei der der charakteristische Teil (20, 21) ein Durchgangsloch (28), das sich in dem Hauptkörper sowohl zur oberen Fläche (18) als auch zur unteren Fläche (29) hin öffnet, und ein von dem Hauptkörper (14) getrenntes Verschlussteil (16), das an der unteren Fläche (29) zum Verschließen einer der Öffnungen des Durchgangslochs (28) angebracht ist, aufweist, und bei dem eine innere Umfangsfläche des Durchgangslochs (28) die Seitenfläche (24, 25) und eine Fläche des Verschlussteils (16) die Bodenfläche (26, 27) bildet.
Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der charakteristische Teil (20, 21) eine in dem Hauptkörper (14) ausgebildete Vertiefung (31) mit einem Boden und ein von dem Hauptteil (14) getrenntes und in der Vertiefung (31) mit dem Boden angeordnetes Bodenteil (17) aufweist und bei dem eine innere Umfangsfläche der Vertiefung (31) mit dem Boden die Seitenfläche (24, 25) bildet und eine Fläche des Bodenteils (17) die Bodenfläche (26, 27) bildet.
Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die obere Fläche (18) des Hauptkörpers (14) mit einem flachen Abschnitt (30) zumindest in einem an den charakteristischen Teil (20) angrenzenden Bereich versehen ist, bei der die Seitenfläche (24) des charakteristischen Teils (20) sich in einer zum flachen Abschnitt (30) der oberen Fläche (18) rechtwinkligen Richtung erstreckt, und bei der die Bodenfläche (26) des charakteristischen Teils (20) sich in einer zu der Seitenfläche (24) rechtwinkligen Richtung erstreckt.
Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die obere Fläche (18) des Hauptkörpers (14) wenigstens in einem an den charakteristischen Teil (21) angrenzenden Bereich mit einem flachen Abschnitt (30) versehen ist und der charakteristische Teil (21) so ausgebildet ist, dass ein Öffnungsbereich im Querschnitt parallel zum flachen Bereich (30) der oberen Fläche (18) sich von der oberen Fläche (18) zur Bodenfläche (27) hin vergrößert.
Bildmesssystem (100) umfassend: eine Kamera (40); und eine Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die zum Kalibrieren, die von der Kamera (40) abgebildet wird.
Bildmesssystem (10) nach Anspruch 6, bei dem Form und Größe des charakteristischen Teils (21) der Kalibriervorrichtung (10) und ein Winkel einer optischen Achse der Kamera, der in Bezug auf den charakteristischen Teil (21) zum Kalibrieren vorgegeben ist, so eingestellt sind, dass die Seitenfläche (25) nicht abgebildet wird, wenn die Kamera (40) den charakteristischen Teil (21) abbildet.
Bildmesssystem (100) nach Anspruch 6, bei dem Form und Größe des charakteristischen Teils (20) der Kalibriervorrichtung (10) und ein Winkel einer optischen Achse der Kamera (40), die in Bezug auf den charakteristischen Teil (20) zum Kalibrieren vorgegeben ist, derart eingestellt sind, dass die Bodenfläche (26) nicht abgebildet wird, wenn die Kamera (40) den charakteristischen Teil (20) abbildet.