DE102014104704A1

DE102014104704A1 - Verfahren zur computerunterstützten Auswertung von Härteprüfungen eines Prüfkörpers

Info

Publication number: DE102014104704A1
Application number: DE201410104704
Authority: DE
Inventors: Alexander Rund; Christian Neumaier
Original assignee: EMCO TEST PRUEFMASCHINEN GmbH; Emco-Test Pruefmaschinen GmbH
Current assignee: EMCO TEST PRUEFMASCHINEN GmbH; Emco-Test Pruefmaschinen GmbH
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: AT514106A1; DE102014104704B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur computerunterstützten Auswertung von Härteprüfungen eines Prüfkörpers (2), mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines elektronischen Kamerasystems (4) mit zumindest einem Kameraobjektiv (5), vorzugsweise einem Mikro-Kameraobjektiv zur Durchführung von fotografischen Aufnahmen, vorzugsweise zur Durchführung von mikroskopischer Fotografie, bei einem Prüfstand zum Analysieren von Härteprüfeindrücken bei Prüfkörpern; • Durchführen von einer Reihe von Fotografien des Prüfkörpers (2) mit dem selben Bildausschnitt, wobei für jede Fotografie die Entfernung zwischen Kameraobjektiv (5) und Prüfkörper (2) und/oder die Schärfeeinstellung des Kamerasystems (4) verändert wird, und wobei jedes Bild komprimiert abgespeichert wird; • Vergleichen der Dateigrößen der einzelnen aufgenommenen Bilder miteinander und Aufsuchen der Aufnahme mit der höchste Dateigröße, wobei der Datei mit der höchsten Dateigröße das schärfste Bild zugeordnet wird, • Auswerten – vorzugsweise halbautomatisches oder automatisches Auswerten – des Härteprüfeindruckes an Hand der Datei mit der höchsten Dateigröße.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur computerunterstützten Auswertung von Härteprüfungen eines Prüfkörpers.
Die Auswertung von Härteprüfeindrücken nach einer Härteprüfung eines Prüfkörpers erfolgt üblicherweise manuell, in dem die Größe und Tiefe des Härteeindruckes analysiert wird. Dieser Vorgang ist relativ zeitaufwendig und erlaubt nur eine geringe Zahl an Auswertung pro Zeiteinheit.
Aus der AT 506.310 A4 ist eine Vorrichtung zur Härteprüfung von Werkstücken mit einem vertikal beweglichen Eindringkörper mit einer bestimmten Masse bekannt. Zur Erfassung und Auswertung des durch den Eindringkörper bewirkten Eindrucks im Werkstück ist eine optische Erfassungseinrichtung vorgesehen.
Durch Automatisierung der Auswertung könnte die Qualität verbessert und der Arbeitsaufwand für die Härteprüfung verringert und diese beschleunigt werden.
Um eine automatische oder halbautomatische Auswertung des Härteprüfeindruckes durchführen zu können, wäre eine automatische Aufnahme des durch den Prüfkörper bewirkten Eindruckes vorteilhaft. Automatische Fokussierverfahren sind allerdings oft fehlerbehaftet und relativ aufwändig in Ihrer Durchführung. Dabei sind passive und aktive Fokussierverfahren bekannt. Vorraussetzung für passive Fokussierverfahren ist genügend Beleuchtung und ausreichender Objektkontrast. Passive Fokussierverfahren beruhen üblicherweise auf Kantenkontrastmessung oder Phasenvergleich. Aktive Autofokusverfahren, welche auch bei Dunkelheit funktionieren, beruhen auf Entfernungsmessung mittels Ultraschallwellen oder Objektbeleuchtung.
Die Auswertung von Härteprüfeindrücken soll möglichst unabhängig von der Beleuchtungsqualität und von aktiven Entfernungsmessverfahren und Objektbeleuchtung mit möglichst geringem Aufwand und mit gleichbleibender Qualität reproduzierbar sein und möglicht wenig Zeit beanspruchen. Diese Anforderungen können bekannte automatische Fokussierverfahren nur teilweise erfüllen.
Aus der JP 2010-177 936 A ist es bekannt, eine Objektveränderung durch Vergleichen der Dateigrößen des jüngsten JPEG-Bildes mit einem älteren JPEG-Bild festzustellen. JPEG oder JPG stellt ein Dateiformat mit der Dateiendung JPEG bzw. JPEG dar, in welchem mit einem JPG-Verfahren komprimierte Bilder üblicherweise abgespeichert werden. JPEG-Komprimierungen werden in der JPEG-Norm beschrieben.
Die US 2009/0109320 A1 offenbart eine Bildkompressionsschaltung für einen Bildaufnahmeapparat, welcher auch zur Berechnung von Bildkontrastwerten verwendet werden kann. Dabei wird ein berechneter Kontrastwert verwendet, um in einem Auto-Fokus-Verfahren ein automatisches Scharfstellen zu ermöglichen. Der Bildaufnahmeapparat weist ein optisches Aufnahmesystem, eine Bildaufnahmeeinheit, eine Bildkompressionseinheit und eine Fokussiereinheit auf. Die Bildaufnahmeeinheit hat eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche eine photoelektrische Konvertierung eines durch das optische System aufgenommenen Bildes durchführt. Die Bildaufnahmeeinheit führt eine A/D-Konvertierung des durch die Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen Bildes durch, um digitale Bilddaten zu erhalten. Die Bildkompressionseinheit führt eine Bildkompression der digitalen Bilddaten durch, um komprimierte Bilddaten zur Fokussierung zu erhalten. Die Fokussiereinheit passt den Bildbereich des durch das optische Aufnahmesystem aufgenommenen gegenständlichen Bildes auf der Basis der Datengröße der durch die Bildkompressionseinheit komprimierten Bilddaten an.
Die US 2009/0021595 A1 beschreibt ein speichersparendes Autofokus- und Aufdecksystem für großformatige Mehrrahmen-Bilderfassung. Dabei werden mehrere Aufnahmen mit mehreren Fokussiereinstellungen durchgeführt und danach die Bilder komprimiert und die Durchschnittsgröße bestimmt. Das Bild mit der größten komprimierten Dateigröße wird ausgewählt und die entsprechenden Fokuseinstellungen identifiziert.
Aus der US 2003/117,514 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer optimalen Fokusposition einer Linse bekannt, wobei ein Bild digital aufgenommen und komprimiert wird, und wobei ein Fokus-Genauigkeits-Parameter aus der Dateigröße abgeleitet wird. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass die Größe der komprimierte Datei mit der Schärfe korreliert, da ein fokussiertes Bild mehr Bildinformationen enthält, als ein unfokussiertes Bild.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfacher Weise eine computerunterstützten Auswertung von Härteprüfungen eines Prüfkörpers zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß erfolgt dies mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines elektronischen Kamerasystems mit zumindest einem Kameraobjektiv, vorzugsweise einem Mikro-Kameraobjektiv zur Durchführung von fotografischen Aufnahmen, besonders vorzugsweise zur Durchführung von mikroskopischer Fotografie, bei einem Prüfstand zum Analysieren von Härteprüfeindrücken bei Prüfkörpern;
b) Durchführen von einer Reihe von Fotografien des Prüfkörpers mit dem selben Bildausschnitt, wobei für jede Fotografie die Entfernung zwischen Kameraobjektiv und Prüfkörper und/oder die Schärfeeinstellung des Kamerasystems verändert wird, und wobei jedes Bild komprimiert abgespeichert wird;
c) Vergleichen der Dateigrößen der einzelnen aufgenommenen Bilder miteinander und Aufsuchen der Aufnahme mit der höchste Dateigröße, wobei der Datei mit der höchsten Dateigröße das schärfste Bild zugeordnet wird,
d) Auswerten – vorzugsweise halbautomatisches oder automatisches Auswerten – des Härteprüfeindruckes an Hand der Datei mit der höchsten Dateigröße.

Nach dem Eindruck des Härteprüfkörpers in den Prüfkörper werden eine Reihe von digitalen Bildern des Prüfkörpers mit dem Härteprüfeindruck, jeweils mit dem selben Bildausschnitt durchgeführt, wobei unterschiedliche Fokussiereinstellungen verwendet werden.
Vorzugsweise wird dabei das Kameraobjektiv durch den gesamten Schärfebereich des Objektives bewegt. Dies ermöglicht ein breites Anwendungsspektrum.
Jedes Bild wird komprimiert und – beispielsweise temporär – abgespeichert. Danach wird die Aufnahme mit der höchsten Dateigröße ausgewählt und der Auswertvorgang an Hand dieser Aufnahme gestartet.
Durch die Komprimierung jedes Bildes werden auf sehr einfache Weise über den gesamten Bildausschnitt Mittelwerte für die Schärfe erhalten, welche mit der Größe der komprimierten Datei korreliert. Unregelmäßigkeiten beim Härteeindruck haben somit wenig Einfluss mehr auf die Fokussierqualität, solange sich der Härteprüfeindruck innerhalb des Bildausschnittes befindet. Auch Schwankungen in der Beleuchtung bei unterschiedlichen Härteprüfeindrücken haben nur relativ geringen Einfluss auf den Fokussiererfolg, da Bilder jeweils eines Härteprüfeindruckes miteinander verglichen werden. Im Vergleich zu anderen bekannten Fokussierverfahren ist auch weniger Aufwand und/oder Zeit für die automatische Fokussierung erforderlich.
Um ein nachträgliches einfaches Aufsuchen des ausgewählten Bildes zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass in Schritt b) zu jedem Bild die entsprechende Entfernung zwischen Kameraobjektiv und Prüfkörper und/oder die entsprechende Schärfeeinstellung abgespeichert wird. Weiters kann zur Minimierung des nötigen Speicherplatzes in Schritt b) vor dem Abspeichern jedes Bildes eine JPEG-Bildkompression durchgeführt werden.
Zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen optischen Prüfstand mit einem elektronischen Kamerasystem mit zumindest einem Kameraobjektiv zur Durchführung von mikroskopischen Fotografien aufweist, wobei das Kamerasystem an einer Verstelleinheit des optischen Prüfstandes befestigt ist, und wobei der optische Prüfstand eine Aufnahme für einen Prüfkörper aufweist, und wobei über die Verstelleinheit die Entfernung zwischen der Kamera des Kamerasystems und dem Prüfkörper innerhalb des gesamten Schärfebereichs des Objektives des Kamerasystems veränderbar ist, wobei vorzugsweise das elektronische Kamerasystem mit einer digitalen Auswerte – und Steuereinheit verbunden ist.
Über die Verstelleinheit kann das Kameraobjektiv beispielsweise über dessen ganzen Schärfenbereich bewegt werden. Während dieser Bewegung werden eine Reihe von fotografischen Bildern aufgenommen, im JPG-Format komprimiert und mit der Information der Entfernung zwischen Kameraobjektiv (Z-Position) und Prüfkörper abgespeichert. Nach Fertigstellung der Scans werden die Bilder analysiert und die Verstelleinheit an diejenige Position gebracht, bei der das Bild mit der meisten Dateiinformation gefunden wurde. Hier wird die Kenntnis zu Hilfe genommen, dass je größer die Bildinformation (also je schärfer das Bild ist) ist, umso größer die Dateigröße bei der Komprimierung wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch den Prüfaufbau; und
2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt einen Prüfstand 1 zum Analysieren von Härteprüfeindrücken bei Prüfkörpern 2, welche von einer Prüfkörperhalterung bzw. Aufnahme 3 des Prüfstandes 1 aufgenommen werden. Der optische Prüfstand 1 weist ein elektronisches Kamerasystem 4 mit einem (Mikro-)Kameraobjektiv 5 auf, welche von einer Kamerahalterung 6 des Prüfstandes 1 aufgenommen wird. Die Kamerahalterung 6 ist über eine Verstelleinheit 7 in der Richtung Z innerhalb des gesamten Schärfebereichs des Mikro-Kameraobjektiv 5 bewegbar. Das Kamerasystem 4 und die Verstelleinheit 7 stehen mit einer Auswerte- und Steuereinheit 8 in Verbindung. Die Auswerte- und Steuereinheit 8 steuert die Bewegung der Verstelleinheit 7 in der Richtung Z und die Kameraauslösung des Kamerasystems. Während der Bewegung der Verstelleinheit 7 samt Kamerasystem 4 und Mikro-Kameraobjektiv 5 werden eine Anzahl n an Bildern digital aufgenommen und in ein JPG-Format komprimiert, wobei jedes Bild mit einer entsprechenden Information über die Z-Positition in der Auswerte – und Steuereinheit 8 abgespeichert wird. Nach Fertigstellung des Scans werden alle aufgenommen digitalen Bilder analysiert und das jenige Bild ausgewählt, welches die größte Dateigröße aufweist. Danach wird die Verstelleinheit 7 samt Kamerasystem 4 und Mikro-Kameraobjektiv 5 an diejenige Z-Position gebracht, bei der das Bild mit der meisten Dateiinformation gefunden wurde. Hierbei wird die Erkenntnis zu Hilfe genommen, dass je größer die Bildinformation ist, desto größer die Dateigröße bei der Komprimierung wird. Die aufgefundene Z-Position definiert jene Ebene, bei der das Bild mit der höchsten Schärfe des Härteprüfeindruckes des Prüfkörpers 2 erhalten werden kann. Somit kann die Z-Position mit der höchsten Schärfe des Härteprüfeindruckes automatisch über die Auswerte- und Steuereinheit und die Verstelleinheit 7 angefahren werden. Danach kann manuelle oder automatisch der Härteprüfeindruck analysiert werden.
In 2 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen dem mit "Start" bezeichneten Beginn und dem mit "Stop" bezeichneten Ende dargestellt. In Schritt 10 wird die Verstelleinheit 7 über den gesamten Schärfebereich der Mikroskop-Optik 5 des Kamerasystems 4 bewegt. Währendessen werden digitale Bilder aufgenommen, komprimiert und samt der Position Z in der Auswerte- und Steuereinheit 8 abgespeichert (Schritt 20). Dieser Vorgang ist hier mit Scanvorgang bezeichnet.
Nach dem durch die Schritte 10 und 20 beschriebenen Scanvorgang werden die abgespeicherten Bilder im Schritt 30 analysiert und das Bild mit der höchsten Dateigröße ausgesucht, indem die einzelnen Bilder aus dem Speicher der Auswerte- und Steuereinheit 8 ausgelesen und miteinander hinsichtlich der Dateigröße verglichen werden (Schritt 40). Mit dem in Schritt 50 beschriebenen Aufsuchen der Position Z des ausgewählten schärfsten Bildes durch die Verstelleinheit 7 endet das Verfahren zur Detektion der schärfsten Ebene des Härteprüfeindruckes bei dem Prüfkörper. Danach kann die automatische oder halbautomatische Auswertung des Härteprüfeindruckes erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

AT 506310 A4 [0003]
JP 2010-177936 A [0007]
US 2009/0109320 A1 [0008]
US 2009/0021595 A1 [0009]
US 2003/117514 A1 [0010]

Claims

Verfahren zur computerunterstützten Auswertung von Härteprüfungen eines Prüfkörpers (2), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines elektronischen Kamerasystems (4) mit zumindest einem Kameraobjektiv (5), vorzugsweise einem Mikro-Kameraobjektiv zur Durchführung von fotografischen Aufnahmen, besonders vorzugsweise zur Durchführung von mikroskopischer Fotografie, bei einem Prüfstand zum Analysieren von Härteprüfeindrücken bei Prüfkörpern; b) Durchführen von einer Reihe von Fotografien des Prüfkörpers (2) mit dem selben Bildausschnitt, wobei für jede Fotografie die Entfernung zwischen Kameraobjektiv (5) und Prüfkörper (2) und/oder die Schärfeeinstellung des Kamerasystems (4) verändert wird, und wobei jedes Bild komprimiert abgespeichert wird; c) Vergleichen der Dateigrößen der einzelnen aufgenommenen Bilder miteinander und Aufsuchen der Aufnahme mit der höchste Dateigröße, wobei der Datei mit der höchsten Dateigröße das schärfste Bild zugeordnet wird, d) Auswerten – vorzugsweise halbautomatisches oder automatisches Auswerten – des Härteprüfeindruckes an Hand der Datei mit der höchsten Dateigröße.
Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Kameraobjektiv (5) durch den gesamten Schärfebereich des Kameraobjektives (5) bewegt wird.
Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) zu jedem Bild die entsprechende Entfernung zwischen Kameraobjektiv (5) und Prüfkörper (2) und/oder die entsprechende Schärfeeinstellung abgespeichert wird.
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) vor dem Abspeichern jedes Bildes eine JPEG-Bildkompression durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen optischen Prüfstand (1) mit einem elektronischen Kamerasystem mit zumindest einem Kameraobjektiv (5) zur Durchführung von Fotografien- vorzugsweise einem Mikro-Kameraobjektiv zur Durchführung von mikroskopischen Fotografien – aufweist, wobei das Kamerasystem an einer Verstelleinheit (7) des optischen Prüfstandes (1) befestigt ist, und wobei der optische Prüfstand (1) eine Aufnahme (3) für einen Prüfkörper (2) aufweist, und wobei über die Verstelleinheit (7) die Entfernung (z) zwischen dem Kameraobjektiv (5) des Kamerasystems (4) und dem Prüfkörper innerhalb des gesamten Schärfebereichs des Kameraobjektives (5) des Kamerasystems (4) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Kamerasystem (4) mit einer digitalen Auswerte – und Steuereinheit (8) verbunden ist.