DE1941547A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung eines Koerpers mittels einer Bildaufnahmevorrichtung - Google Patents

Description

bL 2"^m«ein Mn. - Dr.E.Assmann

R. Koenigtberger . Dipl. Phy». R. Holibau«· Dr. F. Zumstein jun. Patentanwalt· B MO η chan 2, IrtuhauMtraß· 4/III

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43-57829

YAV/ATA IROH & STEEL CO., LTD., Tokyo/Japan

und HAMAMAT ÜU TV-CO., LTD., Hamamatnu-City / Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung eines Körpers mittels einer Bildaufnahmevorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen Vermessung eines Objekts von einer entfernten Stelle aus unter Verwendung einer Bildaufnahmevorrichtung, beispielsweise einer industriellen lernsehvorrichtung und insbesonder betrifft die Erfindung eine dafür zu verwendende Meßskala.

Bisher wurde die berührungslose- Fernverniessung eines sich bewegenden Objekts, insbesondere eines .auf hoher Temperatur stehenden oder weichen Gegen 3 tan eis fast ausschliesslich nach einem optischen oder elektrooptischen Verfahren durchgeführt. Bei diesen Verfahren ist es jedoch schwierig, die Meßgenauigkeit zu erhöhen oder der Aufbau einer solchen Vorrichtung für eine Hochpräz.isionsnreasung zur Durchführung eines solchen Verfahrens wird sehr kompliziert und dementsprechend auch sehr' teuer. " -

So beschreibt beispielsweise die US-Patentschrift Z 222 979 ein Verfahren zur Erzeugung unterteilter Zeileriimpulse auf rler photoe'J ekiriechen Oberfl ^;:che oder Schicht einer Bi Id aufnahmevorrichtung, bei der, obgleich unbeeinflusst, Von eier Nicht-

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linearität der Bildaufnahmeröhre höchstens etwa 100 C-'kalenli-hl'en oder -striche für eine Standardaufnahmeröhre als zulässig erachtet werden, da sonst die Gefahr des Abblättern's der photoelektrischen Flächenschicht besteht-» da die Skalenlinien durch mechanisches Einschreiben oder Einkratzen in die piezoelektrische Schicht erzeugt v/erden, wie die erwähnte Patentschrift "offenbart, Dies gibt eine Begrenzung, der Arbeite- und Leistungsfähigkeit, dieses Geräts und die Iileßgenauigkeit bei diesem Verfahren liegt bei höchstens etwa"! ^afi>. Bekannt ist auch ein anderes Verfahren ■ zur Erzeugung von Skalenlinien oder -strichen, bei dem ein" C-itter, Hetz- oder Iinienras⁺er vor der photoelektrischen Fläche einer Bildaufnähmeröhre oder vor dem zu vermessenden Objekt angeordnet ist. Bei diesem Verfahren jedoch, kann tile" Objektlinse der Bornsehkamera nicht genau fokus!ertwerden, so dass die Auflösung der Sie a le n linien bei höchstens 1C0 linien liercn wurde, selbst wenn die Blende, Beleuchtung und andere Bedingungen

optimal eingestellt würden,, wie sich durch Versuche herausstellte. Die Ivleßgenauirkeit dieses Verfahrens muss daher -ebenfalls zu naxiir.al etwa 1 ^c/o angesetzt werden. Weiterhin wird- nach el em in der oben erwähnten US-Patentschrift beschriebenen Verfahren- kein Fernsehmonitor verwendet, vielmehr wird, das Videosignal aus der Anzahl der Linien ermittelt, die durch einen Hückstellzeitgefeer bzw. Rücklauftaktgeber vorgegeben werden und die Linien oder Striche werden unverändert verstärkt, d.h., die daraus gev/onnenen okolenlinien-, Strich- oder Zeilenimpu] se v/erden gezählt. ■ Der ITachteil dieses Verfahrens besteht jedoch hauptsächlich darin, dass es unmöglich ist, den I,:e£zustand zu überwachen-, beispielsweise in den Fällen, bei denen irgendeine Frendsubstsnz plötzlich im Hintergrund des zu vermessenden'Objekts erscheint. Dann wird ein .Raus chant eil i m Videosignal .erzeugt,-cer !.ießfehler verursaclit. Bei dieser Verfahren ist' es .jedoch schwierig,-' solche ausserplanraässigen riiünoirer.e aufzude.pken und z\x err.it-

teln. Darüberhim-us r.ir:.r.t rr.ar, an, ΰ&εε du ο Verf^h;rfn wah^cc Peinlich von diesem au^serirew'-'hrlichen i-hänoner beelnfiutr: λίγο, da es im allgemeinen als notwendig angesehen vviri, din

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Videcsipaale mehrerer Linien zu zählen, d.h., das Verfahren mehrfach durchzuführen.

In der erwähnt rn Uü-Fatrntschrift wird_ ar reiben, dass die vonder Skala herrührenden Meßstrichimpulse als genaue Rechteekimpulr-e übej_d_ie l'cs'&nie B'reiTcF des zu~~verraesijenden Objekts auftreten, "Dies scheint jedoch nur dann möglich zu sein, wenn der Heliifkeitsuni erschied zwischen dem zu vermessenden Objekt und dem umfeberideh Hint erf rund sehr ·

gross ist, während die Wellenform der h'eßstrichimpulse, für den Fall, dass dieser HeΠipkeitsunterschied "klein ist, ref-en das Ende des zu vermessenden Objekts zusammenfallen, d.h. nicht mehr scharf remxf auftreten, so dass eine fenaue Kessunp- schwierig wird. "

Bekannt ist auch ein Vermessimrsverfahren unter Verwendung einer industriellen Fernsehvorrichtung, bei der die Anzahl der Abtnstzeilen in den dem Bild eines Objekts überlafcrten Teil 'pezählt wird. Bei diesem Verfahren jedoch, erpibt eier zusammen mit- den Nichtlinearitüten der charakteristischen Teile der Fernsehkaj^cravorrichtvnp, insbesondere durcn die Bildaufnah'uGröhre, ein Fe;.ler von .rindert ens 2 ^c/o. Daher ka^r dieses Verfahren nicht zur genauen l.'pSpunp vier Abr-espunren von Körpern verwendet werden, selbst wenn die Anzahl eier Abtastzeile?! erhöht würde. -Da die erforderliche luetceit weiterhir; eine volle Vertikalabtastzeit (im allgemeinen 1/30 Sekunde) benötirt, ist es Kit dieser. Verfahren un.'norlich, ein &ich in Hichtur,f der zu messenden LlIn- ge bev.erendes Ctjekt zu verifies sen .

Ein Ziel der Lrfindur.gr ist es, die Verrresr-ur.f: eines Objekts njt hoher TrMzisicn iadurch zu errröfl ichen, finss r.ur Bildsufr.^hmevorrichtur.f einer reünt-jv eir.facVer in:ii<striellen Fernoehvorr.f: eine sicr.ielle Zusatzeirrichiunr hir.rurefüft wir?..

Die Erfindur«r verwendet τΛιτ Vrrr.cci: irr· eines Cc «iekt es mit hohe i.:eßfcr.ai:ii^Tkeit weiterhin, eir^e 'zuvor

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• in Abhängigkeit einer Anordnunpsgrösse wie den Abstand oder Ge* -,.-«r *■ penwinkel zwischen dem zu vermessenden Objekt- und der Bildauf-¹ nahinevorrichtung, beispielsweise einer Fernsehkamera hergestellte verzerrte Meßskala, so dass die Axialrichtung.der Skalenan-. Ordnung init der Horizontalabtastrichtung in Übereinstimmung gebracht werden kann und als Überlagerung des Bildes des zu vermessenden Objekt auf der photbelektrischen Schicht bzw. Oberfläche der Bildauf nahmevorrichtung..abgebildet wird und die Videoausgangssignale der Meßstriche entsprechend den Abmessungen .' des zu vermessenden Objekts entsprechen, durch eine Abtastäuswahlschaltung erfasst und gezählt werden. . ■ - /, ,"

" Eine Ausführungeform der Erfindung wird nun beispielsweise an-Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau einer Bilda'ufnahmevorrichtung

zur Verwendung in Verbindung mit dem erfindungsgemässen , Varfahren; ■"■-....

Fig. 2 dient zur Erläuterung des Originals der Skalenlinien oder -striche, die bei der Bildaufnahmevorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden;

Fi ρ . 5 zeigt die Anordnung und Zuordnung aller Teile der gesamten erfindungsgemässen Vorrichtung;

\ - Flg. 4 dient zur Veransclaulichung des Meßverfahrens nach der Erfindung; - _;

Fig. 5 verarischaulicht die Einpassung einer Original skala j

Figuren 6 ur.d 7- dienen zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung·; .

Fi pur er: £ und 9 a veranschaulichen die Anordnung der Aufnahmevorrichtung, für den Fall, dass ein zu vermessendes Objekt nicht genau gegenüber der videosignaIB"ildtinut;ii" Vorrichtung liegt: —,— _r^..,.. ₁

Tip. -9%' ist die Arsi-cht des Videogeräts^ in Fig. 9a.

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' ·~ 5 —

Fig. 10 zeigt ein Aufnahmebild äquidistanter Skalengrundlinien, die in sehr nahem Abstand von einer Videosignalerzeugervorrichtung angeordnet sind;

Fig. 11 veranschaulicht an einem Beispiel ein Verfahren zur Bildung eines Originals verzerrter Skalenlinien gemäss der Erfindung; ->

Fig. 12 zeigt die Draufsicht einer.Standardskalenplatte;

Fig. 13 und 14 zeigen Originalskalenlinien, die diagonal zur Plattenfläche angeordnet sind;

Fig■-. 15 zeigt eine in Verbindung mit der Erfindung zu verwendenden Skala; ·

Fig. 16 zeigt eine Skala für eine Bildaufnahmevorrichtung, die

in einer vom zu vermessenden Objekt aus abseitigen • Stellung steht.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend erläutert. Fig. 1 zeigt einen Bildaufnahmeteil 14, wie. etwa eine Fernsehkamera, für Vermessungs zwecke .',Bezugszeichen 1 kennzeichnet eine Bildaufnahmeröhre irgendeines in Fernsehkameras verwendeten' Typs. Mit 2 ist eine photoelelctrische Schicht bzw. Oberfläche und mit

ist .

3/eine Objektlinse der Fernsehkamera bezeichnet. Zur Hochprazisionsmessung wird eine optische Linse mit möglichst geringer Verzerrung verwendet. Eine Skalenprojektionsvorrichtung 5 ist. über oder unter dem Linsentubus 4 der Linse 3 befestigt, d.h. in Vertikalablenkrichtung der Fernsehkamera. V/ie Fig. 1 zeigt, wird beim Aufbau dieser Projektionsvorrichturig 5 eine Lampe 6 als Lichtquelle im Linsen tubus verwendet, der gegen jedes von aussen eindringende Licht'abgedichtet ist. Das Licht der Lampe 6 wird .durch einen Reflektor 7 und einen Kondensor 8 gesammelt und auf ein Original 9 der Skala geworfen und ein optisches Bild des Skalenürririnals 9 wird-genau auf die pho.toelektrischc Schicht 2 der Bildaufnahmeröhre 1 "fokusiert. Die, Linien des Skalenoripinalo 9 bilden ein exaktes Iduoter^: vertikaler Streifen mit repel massigen :Zwi sehen rr.uraen, wie Fi ρ. 2. zeigt, oder es weist Streifenmuster· auf, wj e in _ft^jDa i'-ifäiran-11-und 1? bis 1 f> fcy.o±i L ±at_t

die beispielsweise durch photographische Verkleinerung eine ge-

• hergestelltsind,

naue Skalentafel mit einer Anzahl an Skalenstrichen ' die für eine Präzisionsmessung erforderlich sind, wobei eine Präzisionskamera verwendet wird, die gewöhnlich auch bei der Herste!-*, '

■ " ■ oder ' '

lung photographischer Platten " dergleichen Anwendung findet. Die Obergrenze der Anzahl der Skalenlinien oder -striche, d.h. die Grenze der Meßgenauigkeit, wird bestimmt durch das Auflösungsvermögen in Horizontalrichtung bei der zu verwendenden industriellen Fernsehanlage. Bei gewöhnlichen.Industriefernsehanlagen sind etwa 500 Linien oder Spalten möglich. Bei einer Fernsehanlage mit hohem Auflösungsvermögen lässt sich die Genauigkeit auf etwa 1000 Linien oder Striche erhöhen. Es ist weiterhin höchst wirksam", die Breite der Skalenlinien bzw. -striche und die Breite der Zwischenräume einander gleich zu machen. Als Projektionslinse 10 wird weiterhin eine optische Linse verwendet, die in Bezug auf die erforderliche Präzisionsmessung minemale Verzerrungen bzw. Verzeichnungen ergibt.

Bei der oben beschriebenen Skalenprojektionsvorrichtung 5 v/erden Skalenlinien mit festem. Abstand in Richtung der Horizontalabtastung auf die photoelektrische Schicht 2 etwa auf die mittlere Durchmesserlinie, der Bildaufnahmeröhre 1 projiziert.

Fig. 3 zeigt als Beispiel eine Gesamtanordnung der vollständigen Vermessungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der die in Fig. 1 verwendete Bildaufnähmevorrichtung 14 vorgesehen ist. Die Länge des zu vermessenden Objekts 13 betrage 1 und der feste Abstand der Bildaufnahmevorrichtung 14 aus Fig. 1 vom Objekt 13 sei mit D bezeichnet,und das Bild des zu vermessenden Objekts 13 wirdauf eine photoelektrische Schicht (2 in Fig. 1) einer Bildaufnahmeröhre durch Einstellung der Objektiinse 3 fokusiert. Um ·' jedoch irgendwelche Fehler aufgrund des Erhebungs- oder"^DXy"~

.remipend
winkeis zu vermeiden, wird D/gross gegenüber 1 gewählt. Auf der Bildscheibe eines. Monitors 15 erscheint dann ein Bild 16 des Objekts 13 und ein Bild 17 der durch die Skalenpro jekbionsvorrichtung 5 in Fig. 1 projezierten Skalenlinien. Der Winkel 'dor

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Aufnahmevorrichtung 14'sollte daher durch irgendein geeignetes Verfahren so eingestellt werden, dass die Richtung, in der die Länge des Objekts 13 oder deren Bild 16 zu vermessen ist, mit der Richtung der Horizontalabtasturig der Fernsehvorrichtung zusammenfallen und das Bild 17 der Skalenlinien sich mit der breiten Richtung des Bildes 16 überlagert bz.w. überlappt. Die Über-.,' wachung*"« Regel-bzw. Steüeas-und sonstigen Einheiten 18 der Bildauf nähme vorrichtung 14 und.".-des-Monitors· 15 weisen die bei einer Fernsehvorrichtung dieser Art Üblichen Schalteinheiten auf, wobei in de.r Steuer- bzw. Regeleinheit weiterhin folgende Schaltkreise vorgesehen sind: Eine Abtastauswahlschaltung 20 zur Auswahl irgendeiner Horizontalabtastzeile, die durch eine weisse oder schwarze Linie 19 auf der Bildscheibe des Mo ■'tors angezeigt und als Videοauggangssignal filt eine Abtastu^le abgegriffen wirdι einen Erzeugerkreis 22 für ein Vertikalliniensignal zur Anzeige zweier verschieblicher Vertikallinien 21 auf dem Bildschirm des Monitors, wobei ein Skalenimpulssignal abgegriffen wird, das der Breite der Vertikallinie entspricht.

Eine das Bild*der Skalenlinieri 17/Hcrizontalabtastzeile 19 wird durch Einstellung der Abtastauswahlschaltung 20 ausgewählt, während das auf dem Monitor 15 erscheinende Bild beobachtet bzw. eingestellt wird und das Ausgangssignal wird.auf ein elektronisches Zählwerk 24 über eine Begrenzerschaltung 23 geführt.

Anhand der ifig^ 4a wird nun der Fall betrachtet, dass eine beträchtliche Helligkeitsdifferenz zwischen dem- zu messenden Objekt 13 und dessen Hintergrund besteht, beispielsweise in dem Fall, dass das Objekt 13 beträchtlich heller ist als sein Hintergrund, wobei das Videoausgangssignal einer Horizontalabtastzeile so ausgewählt wird, class das Bild der Skalenlinien überschnitten wird. In diesem Fall erscheint der dem hellen zu messenden Objekt 13 entsprechende- Teil X als über dem Durchschnittssignalpegel liegendes Signal, während die dem dunklen Hintergrund rechts und links entsprechenden Teile Y' und Y-bezüglich

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ihres Signalpegels unter dem Durchschnittspegel liegen. In je- ■ dem Teil X, Y und Y¹ erscheinen die dem Skalenbild 17 entsprechenden Impulsfolgesignale,in zumindest teilweiser Überschneidung oder Überlappung. Aus diesem Grund wird das Videoausgangssignal über eine Begrenzerschaltung 23 geführt, um einen dem Teil X entsprechenden Impulssignalspannungsanteil sauber herauszutrennen, wie durch die Kettenlinie I-II in Fig. 4 angedeutet ist. Der "Niederfrequenzanteil kann-, falls erforderlich, durch ein entsprechendes Filter herausgesiebt werden und die Impulsform kann durch eine Impulsformerschaltung so umgeformt v/erden, „ dass sich eine""-Wellenform- ergibt, die ein leichtes Auszählen der Impulsfolgesignale ermöglicht. Die aus dieser Stufe gewonnene~ Impulswellenforia ist in Fig. 4a' gezeigt. Die Impulsfolge wird durch-den elektronischen Zähler 24 gezählt, wobei die Anzahl η der Impulse bestimmt wird. Diese Anzahl η der Impulse stimmt mit der Anzahl der projezierten Skalenlinien überein, die der Länge der optischen Linie auf der photoelektrischen Schicht der Bildaufnahmeröhre entspricht, die wiederum der Länge 1 des zu vermessenden Objekts 13 entspricht. Da die Entfernung D zwischen dem zu vermessenden Objekt 13 und der Bildaufnahmevor.rich~ tung 14 konstant ist, entspricht die Anzahl η der Länge 1 mit genauem Proportionalitätsverhältnis. Wird daher ein genormtes Versuchsstück der Länge L, dessen Länge durch irgendein geeignetes Verfahren genau bestimmt wurde, zunächst an die Stelle d,e& zu vermessenden Objekts 13 gebracht, so ergibt sich die Läng? X des zu messenden Objekts aus der folgenden Gleichung, wenn die Impuls anzahl, die'axis der Messung mit der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung bekannt ist, nach demselben Meßverfahren-die Zahl N" ergibts . :

Ist daher das Verhältnis von L ^u-Jf einmal festgelegt, so kann, · solange die Entfernung D nicht verändert wird, die Länge 1 · irgendeines in das Blickfeld der Bild aufnahmevorrichtung tre,- tenden Gegenstandes gemessen werden. ■■·'.."

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Nach der Messung wird der elektronische Zähler 24 beispielsweise durch ein Horizontalsynchronsignal, das den Anfang der nächsten Zeile bestimmt, zurückgesetzt, wie beispielsweise durch" das Bezugszeichen 26 in Pig. 4 angedeutet ist. Oder der angezeigte Wert wird durch einen manuellen Schalter zurückgeschaltet. . ___.."',;'__

Helligkeit/ . -

Für den Fall, dass die '....* des zu messenden Objekts 13 beträchtlich geringer ist als der in Üg, 3 angenommene Hintergrund, so wird nach demselben Verfahren wie oben das Videoausgangssignal einer das 3ild der Skala überschneidenden Horizontalabtastzeile ausgewählt, und es ergibt sich, wie Fig. 4b zeigt, ein Verhältnis von hohen und tiefen Signalpegeln, das gegenüber dem in Fig. 4a gezeigten umgekehrt ist. Wird daher nur der Anteil des Videοausgangssignals, der gegenüber einem bestimmten Spannungspegel negativ ist und der Impulsfolge des Teils X mit einem der linie III-IV entsprechenden Durchschnittspegel herausgegriffen, wie Fig. 4b zeigt, und wird, falls erforderlich, dieser Signalanteil über ein Filter und wie oben über einen Impulsformerkreis geführt, so ergibt sich eine Impulsfolge, wie sie etwa in Fig. 4b¹ veranschaulicht ist. Da die Impulsfolge der Fig. 4b¹ nicht nur die dem Teil X entsprechenden Signale, sondern auch den Impuls 27 des Horizontalsynchronsignals 26 aufweist, muss in diesem Fall die mit dem elektronischen Zähler 24 nach Fig.■5 gezählte Impulsfolge im gemessenen Wert um 1 vermindert werden. Wird dieser Wert (n-1) anstelle von η in die Gleichung (1) eingesetzt, so lässt sich die Iiänge 1 des Objekts nach dem oben beschriebenen Verfahren in der gleichen Weis.e ermitteln. . '

Es wird nun der Fall betrachtet, dass keine wesentliche Helligkeit sdifferenz zwischen dem zu verraeseenden Objekt 13 und dem Hintergrund besteht. In diesem Fall ergibt sich auch keine nennenswerte Differenz in den Impulshöhen der Teile X, Y und Y¹,· ' die dem Objekt bzw. dem Hintergrund; entsprechen. Wie Fig. 4^; zeigt, ist ein Ausblenden der nur vpm Teil X im Videoausgangssi'gnal herrührenden Anteile der Horizontalabtastzeile, die das

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Skalenbild überschneidet,durch das oben beschriebene Abtrennverfahren nicht möglich. In diesen Fall jedoch lassen sich bei Betrachtung des durch den Monitor in Pig.- 3 dargestellten Bildes die beiden Enden des Objekts identifizieren. Wird daher die Erzeugerschaltung 22 für ein Vertikalliniensignal so eingestellt, dass zwei vertikale Linien 21 tangential zu den jeweiligen Enden des Objekts verlaufen, so ergeben sich im Ausgsngssignal zwei ,, ■ Skalenimpulse, die den beiden Enden des Objektbildes entsprechen, wie in Fig. 4d gezeigt. Diese, Skalenimpulse werden einer Torschaltung 25 (Fig. 3) zugeführt, das bestimmte Steuersignale abgibt, um ein Eingangsgatter des elektronischen Zählers 24 durch den ersten Impuls zu öffnen und durch den nächsten,Impuls zu W ' schliessen. Die durch den elektronischen Zähler 24 gezählte Impulsfolge entspricht dann der in Fig. 4c¹ dargestellten, die, wie ersichtlich, mit der Impulsfolge in -Flg. 4a¹ übereinstimmt, so dass durch die Skalenlinien verursachte Impulse, die dem: optischen Bild des Objekts überlagert sind,- genau gezählt werden:. Diese Impulse werden ebenfalls, wie oben erwähnt, über eine Signal formerschaltung und falls erforderlich, über ein Filter geführt.

Anstelle des oben beschriebenen Verfahrens zur Identifizierung der beiden Enden des Öbjektbildes mittels einer Erze^gerschaltung 22 für VertikalliniensifnaTe in Fig. 3, las st sich auch ein anderes Yerfahren Kit demselben Effekt angeben, demzufolge eine die '■ _ . regulierten de

lindste llung ' / Vorrichtung 12 vorgesehen ist, die mit ;

dem Skalen original 9 in der ükalenprojektionsvorrichtung 5, wie ' es in £ig» 1 gezeigt ist, verbunden.bzw» unmittelbar an diese angrenzend angeordnet ist. Die Einzelheiten dieser die Endstel- ; lung .bestimmenden Vorrichtung 12 zeigt Fig. 5« Dabei werden zwei^; lichtundurchlässige verschiebbare Abdeckteile oder Blenden 28 / vorgesehen j die durch eine Führung 29 so gehalten sind, dass ,eine Verschiebung in horizontale Richtung möglich ist und eine Präzisionsschraubvorrichtunf: 30 für die feineinstellende Verschiebung, ist aiji oberen Ende jeden Blenderteils angebracht, so die Stellung, jedes verschieblichenV'Blendenteils 28 fein .

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eingestellt werden kann. Da nur das Bild des zwischen den beiden Blendenhälften 28 liegenden Teils der Originalskala 9 fokusiert wird, ergibt sich dieselbe Impulsfolge wie in Pig. 4C und die lange des Objekts kann in derselben '/.'eise wie nach dem oben beschriebenen Verfahren bestiimt werden, wenn die Stellung der verschieb!ieben Blendenteile 28 so erfolgt, dass diese tangential zu beiden i'nden des auf den zur Betrachtung eingesetzen Monitors abgebildeten" Objektbildes-liegen .

Bei der Erklärung der bisherigen-Ausführungsbeispiele wurde davon auegegangen, dass das Öbjekthild bei der in Pig« 3 dargestellten Vorrichtung mit dem Bild der Skalenlinien überlagert sein russ. ii'ine Vermessung ist jedoch auch dann möglich, wenn das Cbjektbild nicht auf das Skalenbild überlagert ist, wenn ein Verfahren angewendet wird, bei dein die Erzeugerochaltung 22 für Vertikal! iniensignale oder die Regulier- bzw. J*. in st el Ivor-. richtung 12 für die Endstellung. in Fig. 1 verwendet werden. Es ist jedooh zur "Gewinnung eines Videosignals erforderlich, dass die Horizontal abtastseile ein -Bild der Skalenlinien Überlagert ■ bzw. abtastet. Pig.. G zeigt ein L'OTiitorbild für dieeen Pail.

Wird weitörMKj wie FIf. 7 2;eift, eine Skala 51 durch eine nete Haltevorrichtung· seitlich von einem zu vermeseenen Objekt befestigt, so lässt sich ein Verfahren anwenden, bei dem, wie beiapiölgweise in Fip. β ausgeführt, dae Ansah! der Skalenlinien der Skala 31* äie der I;ä*i£e_dee Cb~ektbildes entsprechen, impulsseitifr in pl(icher Weise ' gezählt wird, wie bei den, oben beschriebenen Verfahren, bei d~err"Ter Frceuperkreis 22 für Vertikallinien signale Oaer die Eegulicrvorripht'ung 12 für die Endsiellunp verwendet v/erden, während die-auf den !'onitcr übertrareien Puder betrachtet werden. Ins folgenden wird nun die durch das erfindungsgeffiässe V^rmessunpsverfahren ersielbare Genauigkeit r^:iher betrachtet. ■ " ." «

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der Anteil der

Zunächst wird ''optischen Verzerrung öder Verzeichnung-durch die Objektlinse 3 und die Projektionslinse 10 zur Projektion des BiI- j des der Originalskala auf die Bildaufnahmevorrichtung (Pig. 1); , ^ betrachtet. Diese Verzerrungen können vernachlässigbar klein gehalten werden, wenn, linsen verwendet werden» die für spezielle · Meßzwecke entwickelt wurden. Der Gesamtfehler des optischen Bildes des zu vermessenden Objekts und des optischen Bildes der auf'

die photoelektrische Schicht der Aufnahmeröhre projezierten "-'

iGicht
Skala kann/kleiner als 0,1 $> gehalten werden.

Bei der Umsetzung der Bilder in Videosignale treten aufgrund mechanischer Asymmetrie der Ablenkspulen oder Elektroden der Bildaufnahmeröhre und aufgrund von Hichtlinearitäten der Ablenke spannung Verzerrungen von mehr als 5$ bei gewöhnlichen Pernseh- · vorrichtungen und von etwa 2 "Ji selbst bei Vorrichtungen auf, die besonders präzis hergestellt und eingestellt sind. Diese Ver- ' Zerrungen wirken jedoch in genau gleicher Weise auf das optische Bild des gemessenen Objekts bzw. auf die optischen Bilder" der· auf die photoelektrische Schicht übertragenen Skale nbild-er. Bei dem erfindungsgemäscen Verfahren, bei dem die Anzahl der abgebildeten Skalenlinien in dem dem optischen Bild des Objekts entsprechenden Teile gezählt werden, heben sich diese Arten von Ver-. zerrung.s- oder Verzeichnungsfehlern gegenseitig auf, so dass eine fehlerhafte Beeinflussung des Ließergebnisses nicht auftreten kann. Damit ^lässt sich eine hohe Präzision der Auflösung erreichen', die bei 0,? bis 0,1 % liegt, die im wesentlichen durch die Anzahl der Skalenlinien bestimmt ist. Das heisst, die Auflösung ist bestimmt durch die Grenze der Auflösung in horizontaler Richtung bei industrj eilen Fernsehanlagen (etwa 500 Zeilen bei gewöhnlichen und etwa 1G00 Zeilen bei speziellen Anlagen).

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass dje Messung in sehr kurzer Zeit erfolgt, d.h. einer Zeit, die innerhalb einer-horizontalen Abtastzeile Iiegt, so dass sich eine Zeit von weniger aJ-s. 1/15750 Sekunden für eine gev/öhnliehe PernsehvorrichV tung .erg,ibt:._; We-n daher das restlich" Bild, durch Verwendung . I

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ν . ■■ ' . ·

einer nicht-kumulativen, d.h. nicht-signaladdierenden, Bildwandlerröhre, beispielsweise ein Bilddetekto'r, verwendet wird, so lässt sich auch ein mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der zu messenden Länge bewegendes Objekt vermessen. So wird beispielsweise bei der Längenmessung einer Schneid- oder Scherplatte auf-einem sich mit einer Geschwindigkeit von 4 m/Sek. bewegenden Bandförderer der Fehler aufgrund der Horizontalabtastung in einer Fernsehvorrichtung kleiner oder höchstens gleich 0,25 mm. TJm jedoch-bei diesem Fall sicher zu gehen, dass die gesamte Länge des zu vermessenden Objekts in das Sichtfeld der Bildaufnahmevorrichtung "gerückt ist, wird ein Verfahren angewendet, bei dem ein photoelektrisches Annäherungsrelais oder- dergleichen verwendet wird, der einen die Abmessungen bestimmenden · Schaltkreis erregt oder die Vertikalablenkung der Fernsehvorrichtung unterbricht, jedoch nur die Eorizontalabtastung in Betrieb setzt, so dass die Abmessung jeder Abtastzeile gemessen werden kann und der Maximalwert gleich der zu "bestimmenden Länge gemacht wird. --.. *

Gemüss der Erfindung ist die genaue Vermessung eines zu vermessenden Objekts auch dann möglich, wenn ein bestimmtes Verhältnis der Lage oder Anordnung zwi sehen der Bildaufnahmevorrichtung und dem zu messenden Objekt besteht, dessen Bild bei opiischer Aufnahme verzerrt sein würde, beispielsweise in dem Fall, wenn die gegenseitige Distanz zwise-hen beiden zu klein ist oder wenn beide nicht genau gegenüberstehend angeordnet werden können, beispielsweise aufgrund bestimmter Frcachen, die in der Bildaufnahme vor richtung liegen, obgleich die -Entfernung zwischen beiden gross genug ist* . -""'..

1st beis-pielswei-se die Entfernung D zwischen'dem zu "vermessenden Objekt 13 und der Bjl-TaufnahmeVorrichtung H für die Lange 1 des in Fig. 3 gezeigten Objekts nicht gross genug,, so wird der üicht- oder noty/endige öffnungswinkel β der Cb jektlinse 3 Π er ■"' Bildaufnahme vorrichtung: po gross, dass _td er Einfluss, der Apparation gross und dsnit das-"optische" Bild' des zu verrr.essenden Ob-

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jekts verzerrt.-wird. Dadurch wird das Verhältnis dieses Bildes zum Skalenbild beeinflusst, so dass Fehler bei der Vermessung' entstehen.

1st die Entfernung D zwischen dem Objekt 13 und dey Bildaufnahmevorrichtung 14 beträchtlich grosser als die länge 1 des Objekts 13, ist jedoch die Stellung der Aufnahmevorrichtung 14 nicht genau gegenüber dem Objekt 13» steht diese beispielsweise zum Gbjekt ^n__ejriern_sehrten Winkel Of , wie Fig. 8 zeigt, so lässt, sich die Beziehungvder Länge 1 des zu vermessenden Objekts 13 zur scheinbaren Lanpe 1% gesehen von der Bildaufnahmevorrichtung aus, annähernd durch die folgende Gleichung darstellen; - - - :

Ist daher die Originalskalä mit äauidip^-ntep Skalenteilungen versehen, so wird die scheinbare L£r>re 1« gemessen und der Lleßfehler wird sehr gross.» 4chlie-sst" weiterhin die Länrenmeßrichtung mit der Ausrichtung der Bildaufnahmevorrichtung 14 einen rechten Winkel ein, wenn.die Bild aufnahmevorrichtung 14 in einer von der Mittellinie des Objekts 13 entfernten Stellung sreeordnet ist,· so wird dae Bild verzerrt, wie Fig. 9b veranschaulicht, und es lässt sich keine Skala mit äquidittanten bkalenlinien verwenden. - ·

Je nach^; naher JEunktdistanz IU und entfernter Punktdistanz Dp., verringert sicli auch die Vergrösserung _;des optischen Bildes j

durch die Objektlinsen 3 so stark, dass^: das Bild weiter verzerrt wird". ' .. . "'-"■■-.. ..".'■". ■ .■" ' l· ^:-

Mit der Erfindung kann selbst in diesem Fall ein genauer Keßwert erhalten werden-· "Dies soll im folgenden weiter erklärt : werden* . ·

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Ist die Entfernung D der Bildaufnähmevorrichtung klein im Verh'ältris zur Länge des zu messenden Objekts, wie an Hand von Pig. 5 ausgeführt wird, so wird die Oberfläche des Objekts 13, auf das ein äquidistantes Auster aufgebracht ist, auf die photoelektrische Schicht 2 der Bildaufnahmeröhre 1 abgebildet. Dieses Bild jedoch ist verzerrt, da die Entfernung I) zwischen den; Objekt ,13 und der Biläaufnahmevorriehtung 14. für die länge 1 des Objekts nicht gross genug ist«/fig. ""3"' gört ""dafür ein Beispiel, wobei das äquidistanie .Muster auf der Oberfläche des Objekts in starkem Maße verzerrt abgebildet ist.

Werden jedoch solche verzerrten Ska'lenlinien, wie sie in'Fig. 9 beispielshalber aufgeführt sind, zuvor auf die photoelektrische Schicht 2 durch die Skalenprcjektjonsvorrichtunf S projiziert, selbst wenn das zu vermessende Objekt 13 beliebige Abmessungen aufweist, so koinzidiert die Bildverzerrung des zu vermessenden Objekts 13 mit den Skalenlinien 32 (Fig. 9), die genau denselben.' Verzerrungsgrad aufweisen wie die vorigen, "so dass die Meßfehler sich gegenseitig aufheben« Daher kann, solangF bei der Entfernung I) keine Veränderung des Verzernmgpmaßes eintritt, ein genaues Meßergebnis erzielt werden. Um eine Skala mit verzerrten Linien 32* die denselben Verzerrungsgraä aufweisen, als dem Bild des zu vergessenden Objekis 13 überlagert abzubilden, wird das verzerrte Skalenoriginal, das, bestimmt durch die EnifernuBg D,. denselben Verzerrungsgrad aufweist, im '♦er Verwendung einer „optischen Linse projiziert, die ihrerseits so genau ist, dass · die Verzerrung vernachlässigbar ist. £ine solche Linse wird als Projektionslinse 10 der SkalenprojeMiimsvorrichtung verwendet. Oder es wird ein S kai er origin al >.ΐΐ ε.τ, t id i steinten Lirier. ^ur Abbildung unter Verwendung eine*· linse- als Frcjcktior^linc-e 1ü projiziert, durch die eine durch die, mtfemur.g B bestirnte Verzerrung erreicht werden ,kann»

Um eine verzerrte Criginalskala zu erhalt er., \vird,jvie durch !ig. 11 veranschaulicht, eine Skalenpla-tte JA "auf die

äauidistantenSkalenlinien 33 über den maximalen zu "messerden I.'eB-

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bereich aufgebracht oder eingeritzt sind, in einer Stellung 'gebracht, die gleich der Entfernung B zwischen dem zu vermessenden Objekt und der Bi] ^aufnahmevorrichtung ist, so dass die Ska-lenlini.en 33 im rechter: Winkel zu der zu vermessenden Richtung stehen, d.h. zur Abtastrichtung. Diese Platte wird mit derglei- _: chen Verzerrung, wie sie die Objektlinse 3 auf der Bildaufnahme-. vorrichtung 14 erzeugt, photographiert, so dass diese Skalen- ' platte 34 auf einem photographischen Film 35 abgebildet werden ".. kann, der an der Stelle der photoelektrischen Schicht 2 der Bild- " aufnahmevorrichtung 14 angeordnet ist. Diese photographische ' Platte wird als Skalenoriginal verwendet. .

Wird die so gewonnene' photographische Platte der verzerrten Skala anstelle des Skalenoriginals "9 in die Skalenlinienprojektionsvorrichtung .5 eingesetzt und auf die photoelektrische Schicht'der Bildaufnahmeröhre mittels der Lichtquelle 6,des Refllekfors 7, des Kondensors 6, der Projektionslinse 10 und der Blende 11 projiziert, so werden daa Bild der Skala und das Bild des zu vermessenden Objekts einander überlagert» wobei beide Bilder denselben Verzerrungsgrad aufweisen.

Bei der Auswahl einer richtigen Horizonta-labtastzeile der überlagerten Bilder und Auszählen der von der ausgrewalilteo Horizont slab ta st zeile überechnittenen Skalenlinien, die das Bild des zu vermesF£n&en Otyekts überiageim, IMsst eich die genaue ,. zu messende Lange erhalte«·

Die Vermessung eires aufgrund der Entfernung D zv/iechen dem zu vermessenden Cbjekt 13 und der Bildaufnahmevorricht-uiig I4 verzerrten Bildes ist bereits oben beschrieben. Aber auch in dem Fall, dass das zu vermessende Objekt 13 in der BiIdaufnahmevorrichtung 14 nicht genau gegenüber steht, sondern unter einem ; bestimmten schrägen '«inkel p( _t lässt sich zuvor ein veirzerrtes '. ·. Skalenoriginal, das den Winkel^ berücksichtigt, in der gleichen _: ;f Weise, wie oben beschrieben, herstellen. Dieses kann projiziert und dem Bild des zu vermessenden Objekts überlagert werden, so '.

6AD ORIGINAL

- 17 dass die Abmessungen gemessen werden können.

Das. verzerrte Skalenoriginal, das dem schrägen Winkel C{ entspricht, kann nicht nur unter Anwendung des Herstellungsverfahrens für photograph!sehe Platten, sondern auch aus den Werten des B-[IdVerkleinerungsmaßstabes in den betreffenden Teilen des zu vermessenden Objekts, wie sie sich aus der obigen Gleichung (2) ergeben, bestimmt werden. Die in den figuren 13 und beispielsweise angegebenen Skaler.linienoriginale sind für solche Anordnungen, wie sie in den Figuren G und 9 gezeigt sind, bestimmt. Pig. 13 zeigt ein Skalenoriginal zur Messung der Länge nach Fig. 8.. Fig. H zeigt ein Skalenoriginal zur Messung der Länge/nach Fig. 9a.

Im folgenden wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Skalenoriginals erläutert. Fig. 15 zeigt radiale Skalenlinien eines Skalenoriginals, das bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendet wird, wobei die Skalenlinien radial, d.h. von einem Punktausgehend und mit gleichen Abständen P;, Pg..... o, in horizontaler Richtung angeordnet sind,, .

Eine Distanz D zwischen dem zu vermessenden Objekt 13 und der Bildaufnahmevorrichlung 14 wird auf einen bestimmten Wert festgelegt. Die Skalenlinien P₁, Pp....... werden se bestimmt, dass sie einer erforderlichen Einheit der zu messenden Länge, beispielsweise 1 mm oder 1 cm, entsprechen und radiale Linien

für den Abstand >

32-j, 32p......»" werden nach einem Verkleinerungsmaßstab/vorgegeben j-der der Veränderung der Distanz D auf der Grundlage dieser "Skalenlinien P₁, P₂r..... entspricht.

Diese radialen Linien 32-j > 32₂·. ...» können nicht nur das durch das erwähnte Verfahren,· sondern auch durch Anordnung und aufeinanderfolgende Auftragung von Skalenpunkten bei Abständen, die einer Längeneinheit bei jeder Entfernung D in einer Richtung entsprechen, die d:Le Horizcntalabtastzeile im rechten '«Vinkel

herges+ent verder. _r .
schneidet/, "Yfeiterhin wird bei vom zu messenden Objekt 13 sich.

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entfernen der Bildaufnahnievorrichtung 2 eine verzerrte Skala - - ~-- verwendet. In dl es era Fall sind die Skaienliniehabstand in Rorizontalrichtung nicht konstant 7 Und demzufolge werden entsprechende Abstände, die nur von der Veränderung der Distanz D abhängen, so bestimmt und angeordnet, dass sich radiale Linien ergeben . Pig. 3 gibt ein Beispiel für diesen Fall.

Es erübrigt sich fast zu sagen, dass die erwähnten radialen Linien 32.,, 3S₂,...... in einem. Punkt A konvergierende Kadialstrahlen sind.

Wird diese Skalenfolge als Skalenoriginal in die Skalenprojek- tionsvorrichtung 5 eingesetzt, die mit der Bildaufnahmevorrichtung gemäss J¹Ig. 1 verbunden ist, so kann die Skala mit dem Bild des zu vermessenden Objekts zur Koinzidenz gebracht werden. Für den Fall, dass sich die Entfernung "D zwischen dem zu vermessenden Objekt 13 und der Bild auf nähmev orri cbtvnr/v/ähr end der Vermessungszeit, ändert, ist es möglich, eine genaue Xesaling zverhalten, wenn der Bezugspunkt des Skalenlinienoriginals bewegt und so■ eintesteilt. wird, dass die wkalenpimkte der .abstände P₁', ΙΌ'» I·?'··...., die der Distanz D in diesem Zeitpunkt

I c- j

entsprechen, auf die Horizontalabtastrichtung 19 "überlagert v/erden. In diesem Fall kann die Vermessung auch durch elektrische Verschiebung der Hcrizorrtalabtaetlinien 19 der Ferne eh-. vorrichtung erfolgen, um die Videoausganresip^ale selektiv abzugreifen, so dass Koirzidenz in Skalenlinien der Abstände P₁'¹", Pp' >"··■···'·..». 4ie der Entfernung D entsprechen, besteht, v/b-r bei dieser Teil dem zu messenden Teil des Objekts 13 überlagert wird und die Skalenlinien gezählt; werden.

Durch die Erfindung lassen sich damit irgendwelche bewegten' , Objekte auf hoher Tenperatur oder solche von weicher Beschaffen-" heit genau vermessen, ohne diese zu berühren.

Vorstehend v.-v^de die iilessung einer Länge zwischen heilen Έηβ.en eines zu vermessenden Objekts erläutert. Das erfindungs ge masse. -

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Bad

■ ~ 19 -

Verfahren kann jedoch auch in weiterem Umfang als Verfahren zur Erzielung einer erhöhten Meßpenauipkeit anregen de t werden, wobei ein Ende dec Objekts oder die Lapen entsprechender Tnden unt er Verwendung von zwei Fernsehkameras vermessen-werden. Die Lanfre des feststehenden Teils wird pesondert fremeesen und dann wird die .f-esan,t^ Länge des Objekts aus den ferr-essenen Werten, wie on en erwähnt, "ermittelt. V/ei terhin lässt sich das Verfahren für Verirr ns im .fen verschiedener Art, einschliesi.jlich

der VerrnesFunf einer spezifischen Laf-e oder Ütellunp eines Objekts und zur" I-es sü η ρ einer Vers rhi ebunf anwenden.

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Claims (1)

1. P at e η t a η 's ρ r ü ehe

   Verfahren zur Fernvermescung eines bewegten oder stationären Objekts mittels einer Bildaufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daas eine mit fester Maßeinteilung versehene Skala in -Richtung der üorizontalabtastrichtung auf einer photoelektrischen Schicht einer Bildaufnahmeröhre projiziert wird, dass die Aufnähmevorrichtung so eingestellt wird, dass - die am. Objekt zu vermessende Richtung mit der Horizonialabtasti-ichtung übereinstimmt, wobei auf der Bildaufnahmeröhre.:' ein mit dem Bild der Skala überlagertes Bild des Objekts.' scharf abgebildet -wird, und dass an- Videosignalausgang den Skalenatrichen entsprechende Spannungsimpulse abgegriffen . werden,¹ dJ e mittels einer Abtastau&wahlsohaltung. und Spännungs- - impulszLihlung ein Liaß für die Länge des optischen Bildes der zu messenden Abmessungdes Objektes ergeben. .

   2. Verfahren nach Anspruch. T* dadurch gekennzeichnet, dass eine in Abhängigkeit einer Anordnungsgrös_Se wje dem Abstand oder Gegenwinkel zwischen den zu vermessenden Objekt und der Bildaufnahme vorrichtung zuvor verzerrte bzw. verzerrende Skala hergestellt wird» so dass die Axialrichtung, der • Skaler.anordmmr mit der Horizont alabt-'-ist richtung in übereifc-stimmunp gebracht werden kann ur.d als Überlagerung des-Bildes des zu ver:.;esr:enden Objekts auf der photöelektrischen 3c!:icht der 3iiflai;fnalTVevOrrichtur:g abgebildet wird* und dass iie überlagp'rrjcn Skale.' linien Qrier Striche, die von der Abtastung , d.h* defr. Äbtast strahl* überschnitten werden, durch ' die Abtastausv/ar·] nchaltung erfasrt und' geziihlt-werden*

   ^. Vermessungsverrichtung zur i*urchführung des Verfahrens nach den AncprJ-chen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichriet, dass . .·' eine in liichtiinf. der Horizontalabtastrichtung einer BiIdaufnah:r.evorrichtur;g unterteilte ü/sla auf der photoelektx'i-·-· ■

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   sehen Schicht bzw. Oberfläche einer Bildaufnahmeröhre so abgebildet ist; dass sie dem Bild eir.es zu vermessenden Objekts überlagert ist. ' . -

   4. Vermessungsvorrichtimg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine verzerrte oder vorverzerrende .Jkala als Ausgleich für eine bestimmte Anordnung der gegenseitigen.Abstands- und V/inkelvcrhältnisse -zwischen dem zu vermessenden Objekt und der Mldaufnahnievorrichtung verwendet ist.

   5. Vermessungsvorrichtung nach- Ansx>ruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass .eine Skala mit radialen Linien verwendet wird, bei der die Skalenpunkte in einem durch die Entfernung zwischen dem zu vergessenden Objekt, und der Bildaufnahme vorrichtung ■vorbestimmten Abstand in Richtung der-Abtastzeile angeordnet sind und. Skalenpunkt reihen, für verschiedene Abstände in einer die Abtastzeile senkrecht schneidenen Eichtung so angeordnet sind, dass sich-cine Radiallinienskala ergibt.

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