DE19948920C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Justagekontrolle eines lösbar mit einem Kameragehäuse verbundenen Objektives - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Justagekontrolle eines lösbar mit einem Kameragehäuse verbundenen Objektives einer optoelektronischen Messbildkamera.

Insbesondere bei komplexen optischen Systemen ist eine exakte mechanische Ausrichtung der einzelnen Komponenten zueinander zwingend notwendig, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erhalten. Die Justierung erfolgt dabei während des Herstellungsprozesses und unterliegt einer entsprechenden Qualitätskontrolle. Solange die Vorrichtung nicht demontiert und wieder montiert wird, bleibt die vorgenommene Justierung im Regelfall über längere Zeit erhalten und muß nur von Zeit zu Zeit unter Laborbedingungen nachkalibriert werden.

Der Objektivwechsel für kalibrierte, optoelektronische Meßbildkameras ist normalerweise mit einer Neukalibrierung verbunden. Andererseits haben Meßbildkameras so große und schwere Objektive, daß es zur Handhabung erforderlich sein kann, Objektiv und Kamera beispielsweise für Transportzwecke zu trennen. Bei herkömmlichen Filmkameras werden Objektivwechsel vor Ort durchgeführt. In ungünstigen Fällen muß mit einem mehr oder weniger großen Fokussierungsfehler gerechnet werden, das heißt, das Meßbild ist eventuell nicht scharf abgebildet. Allerdings sind die Bildpositionen durch die eingebauten Rahmenmarken auch bei einem Objektivwechsel fehlerfrei.

Bei einer optoelektronischen Kamera fehlen diese Rahmenmarken, so daß bei einem Wechsel des Objektivs nicht nur eine Unschärfe in Fokus sondern auch ein seitlicher Versatz bezüglich der optischen Achse zu erwarten ist. Optoelektronische Meßbildkameras sind bezüglich des seitlichen Versatzes sehr empfindlich. Die geometrische Kalibrierung erfolgt mit der Genauigkeit des zehnten Teils der Größe der lichtempfindlichen Elementarflächen, der sogenannten Pixel. Die Pixelflächen können zum Beispiel nur 3,5 × 3,5 µm² groß sein, das heißt die Genauigkeit der geometrischen Kalibrierung beträgt hier 0,35 µm.

Aus der DE 195 47 313 A1 ist ein Verfahren zur Messung des Abstandes bzw. der Bewegung zwischen zwei durch eine Dichtung getrennten Maschinenteilen bekannt, insbesondere für einen Zylinder und einen Zylinderkopf, wobei in die zumindest teilweise aus nichtmetallischen Material bestehende Dichtung zumindest ein kapazitives und/oder induktives Impedanzelement derart eingebettet ist, daß sich bei einer Änderung des Abstandes der Maschinenteile eine Änderung des Impedanzwertes des bzw. der Impedanzelemente ergibt und die Änderung des Impedanzwertes zur Bestimmung des Abstandes bzw. der Bewegung gemessen wird. Das Verfahren kann sowohl während des laufenden Betriebes als auch während der Montage zur Anwendung kommen.

Aus der DE 10 51 521 ist eine Anordnung zur kapazitiven Bestimmung kleiner Lageänderungen eines Körpers im Raum bekannt, bei der der Körper mit mehreren je einer Raumkoordinate zugeordneten kapazitiven Spannungsteilern so gekoppelt ist, daß die zwischen je zwei festen Platten bewegliche dritte Platte eines jeden Spannungsteilers der Bewegungskomponente des Körpers in Richtung der betreffenden Koordinatenachse entsprechende Bewegungen ausführt, wobei der Körper mit seiner leitenden Oberfläche unmittelbar die beweglichen Platten aller kapazitiver Spannungsteiler bildet, indem er zwischen den Paaren feststehender und zu der gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers parallelen Kondensatorplatten der Spannungsteiler angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform für einen quader- oder würfelförmigen Körper mit leitender Oberfläche liegt jeder der sechs Seiten des Körpers eine ebene und feststehende Kondensatorplatte deckungsgleich gegenüber, wobei die sechs feststehenden Kondensatorplatten zusammen mit dem Körper drei kapazitive Spannungsteiler bilden.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Justagekontrolle eines lösbar mit einem Kameragehäuses einer optoelektronischen Kamera verbundenen Objektives zu schaffen, mittels derer im Feldbetrieb nach Montage die Justierung überprüfbar ist.

Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6. Weiterer vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Anordnung jeweils mindestens einer Kondensatorplatte auf jeder Komponente, wobei mindestens die Kondensatorplatten eines Kondensators im justierten Zustand zueinander deckungsgleich und die anderen Kondensatorplatten mit maximaler Überdeckung angeordnet sind und eine Sollkapazität definieren, die Istkapazität nach der Montage erfaßbar und mit der Sollkapazität vergleichbar ist, so daß bei Überschreitung einer vorgebbaren Abweichung dies mittels einer Signalisierungseinheit als Fehljustage angezeigt werden kann, ergibt sich eine sehr einfache Feldjustagekontrolle. Dabei wird zum einen ausgenutzt, daß die Kapazität eines Plattenkondensators proportional zur effektiven Fläche und umgekehrt proportional zum Abstand der Platten ist. Dies würde normalerweise dazu führen, daß bei Verringerung der effektiven Fläche durch eine entsprechende Verringerung des Abstandes keine Änderung der Kapazität erfaßbar wäre. Hier jedoch setzt eine der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis ein, nämlich daß aufgrund der Aufnahmeeinrichtung a priori bekannt ist, daß der Abstand nur größer werden kann, beispielsweise weil Staub- oder andere Schmutzpartikel in die Aufnahmeeinrichtung gelangt sind. Solche Aufnahmeeinrichtungen bestehen beispielsweise aus drei um 120° versetzten Kugeln auf der einen Komponente und einem Prisma, einem Kegel und einer Fläche als Gegenstücke auf der anderen Komponente. Diese oder andere reproduzierbare Aufnahmeeinrichtungen sind besonders gehärtet und weisen keinen Abrieb oder ähnliches auf, so daß die a priori Voraussetzung eines allenfalls zunehmenden Abstandes erfüllt ist. Somit kann sich die Kapazität auch nur in eine Richtung ändern, nämlich kleiner werden und zwar entweder durch seitliche Verschiebung mit einer einhergehenden Verringerung der effektiven Fläche oder durch eine Vergrößerung des Abstandes. Im einfachsten Fall mit nur einer Kapazität findet somit eine Überlagerung der beiden Effekte statt, so daß die seitliche Verschiebung nicht allein erfaßbar ist, so daß die maximal zulässige Abweichung der Kapazität dies berücksichtigen muß.

Es sind jedoch je nach Anwendungsfall Kondensatoranordnungen möglich, mittels derer eine genaue Auswertung möglich ist. Wird beispielsweise eine Kondensatorplatte sehr viel größer als die Gegenplatte ausgebildet, so daß aufgrund einer maximalen seitlichen Verschiebung keine Änderung der effektiven Kondensatorfläche auftreten kann, so kann der Plattenabstand bestimmt und aus der anderen Kapazitätsänderung herausgerechnet werden. Des weiteren sind keilförmige Strukturen denkbar, bei denen eine seitliche Verschiebung sich quantitativ stärker auswirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedem Aufnahmepunkt der Aufnahmeeinrichtung ein Kondensator zugeordnet. Bei der Verwendung mehrerer Kondensatoren gibt es prinzipiell die Möglichkeit, diese einzeln auszuwerten oder aber diese mittels einer Parallelschaltung aufzusummieren. Letztere Vorgehensweise hat insbesondere den Vorteil, daß nur eine einzige Einrichtung zur Erfassung und Auswertung der Istkapazität benötigt wird.

Die Einrichtung zur Erfassung der Istkapazität kann beispielsweise in Form einer Meßeinrichtung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist diese jedoch als abstimmbares Schwingkreismodul ausgebildet, wobei vorzugsweise die Abstimmmöglichkeit gerade die erlaubte Abweichung von der Sollkapazität beinhaltet, das heißt, solange das Schwingungsmodul in Resonanz versetzbar ist, ist die Justierung akzeptabel.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Justagekontrolle von lösbar miteinander verbundenen Komponenten und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kondensatorplatten.

Die Vorrichtung 1 zur Justagekontrolle von lösbar miteinander verbundenen Komponenten umfaßt eine Anzahl von Kondensatoren 2, eine Einrichtung 3 zur Erfassung einer Istkapazität, eine Auswerte- und Steuerelektronik 4, eine Einstellmöglichkeit 5, einen Regler 6 und zwei LED's 7, 8. Die Kondensatoren 2 sind zueinander parallel geschaltet, so daß sich die Einzelkapazitäten addieren. Die Kondensatoren 2 umfassen jeweils zwei sich gegenüberliegende Kondesatorplatten bzw. -flächen, wobei auf jeder Komponente jeweils eine Platte angeordnet ist, so daß sich bei der Montage der Kondensator 2 bildet. Die Parallelschaltung der Kondensatoren 2 ist parallel auf einen Eingang der Einrichtung zur Erfassung der Istkapazität geschaltet, mittels der die Gesamtkapazität der Kondensatoren 2 erfaßt wird. Diese am Eingang der Einrichtung 3 anliegende Kapazität wird mit Hilfe der Einstellmöglichkeit 5 mittels eines Schwingungsmoduls auf Resonanzschwingung abgeglichen. Prinzipiell ist jedoch auch eine direkte Messung der Kapazität denkbar. Diese erfaßte Istkapazität wird an der Auswerte- und Steuerelektronik 4 übergeben. Für die Entscheidung, ob die Präzision nach der Demontage und nachfolgender Montage wieder erreicht wurde, dient im einfachsten Fall ein Amplitudendiskriminator, dessen Schwellspannung mittels des Reglers 6 variiert wird, wobei der Amplitudendiskriminator hier als Bestandteil der Auswerte- und Steuerelektronik 4 nicht gesondert dargestellt ist. Der Regler 6 überträgt die mechanische Montagebewegung auf die Auswert- und Steuerelektronik 4, die dann je nach Ergebnis die LED's 7 oder 8 ansteuert. Die beiden LED's sind hierzu beispielsweise farblich unterschiedlich ausgebildet, wobei hier angenommen werden soll, daß die LED's 7 rot und die LED's 8 grün ausgebildet sind. Bei Unterspannung liegt die Gesamtkapazität unter der erlaubten Abweichung und die Auswerte- und Steuerelektronik steuert die LED 7 an. Liegt die Spannung hingegen über der Schwellspannung, so liegt die Gesamtkapazität im erlaubten Bereich und die grüne LED 8 wird angesteuert.

In der Fig. 2 ist eine beispielhafte Anordnung von Kondensatoren 2 dargestellt, die jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet sind. Die Kondensatoren umfassen jeweils zwei gleichartig als Kreise ausgebildete Kondensatorplatten 2a, 2b, wobei alle Kondensatorplatten 2a auf der einen Komponente und alle Kondensatorplatten 2b auf der anderen Komponente angeordnet sind. Im kalibrierten Zustand liegen die beiden zugehörigen Kondensatorplatten 2a, 2b parallel exakt flächendeckend gegenüber, so daß sich die maximale effektive Fläche für den Kondensator 2 einstellt. Diese maximale Kapazität aller drei Kondensatoren 2 stellt die Sollkapazität dar. Kommt es nun während der Montage zu einem seitlichen Versatz, so stellt sich beispielsweise die in Fig. 2 dargestellte Konfiguration ein. Durch die Verschiebung verringert sich die effektive Fläche und die jeweilige Kapazität verringert sich. Neben seitlichen Verschiebungen werden über die Abstandsänderung auch Verschiebungen in Z-Richtung erfaßt. Auch die Verschiebung mit einer Rotation lassen sich so erfassen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Justagekontrolle eines lösbar mit einem Kameragehäuses verbundenen Objektives einer optoelektronischen Messbildkamera, wobei mindestens eine der beiden Komponenten Objektiv und Kameragehäuse eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der anderen Komponente aufweist, wobei jeder Komponente mindestens eine Kondensatorplatte (2a, 2b) zugeordnet ist und im justierten Zustand mindestens die Kondensatorplatten (2a, 2b) eines Kondensators zueinander deckungsgleich und die anderen Kondensatorplatten (2a, 2b) mit maximaler Überdeckung angeordnet sind und eine Sollkapazität definieren, umfassend eine Einrichtung (3) zur Erfassung einer Istkapazität und eine Signalisierungseinheit (7), die eine Überschreitung einer vorgebbaren Abweichung von der Sollkapazität signalisiert.

2. Vorrichtung zur Justagekontrolle nach Anspruch 1, mit einer Aufnahmeeinrichtung mit n separaten Aufnahmepunkten, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Aufnahmepunkt ein Kondensator (2) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Kondensatorplatten (2a, 2b) mindestens eines Kondensators (2) unterschiedlich ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zur Erfassung der Istkapazität als abgleichbares Schwingkreismodul ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kondensatoren (2) parallel geschaltet sind.

6. Verfahren zur Justagekontrolle eines lösbar mit einem Kameragehäuses verbundenen Objektives einer optoelektronischen Messbildkamera, mittels einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, umfassend folgende Verfahrensschritte:

• a) Verbinden der beiden Komponenten,
• b) Erfassen der Istkapazität,
• c) Vergleichen der Istkapazität mit einer Sollkapazität und
• d) Signalisieren einer Fehljustierung, falls die Abweichung von Istwert zum Sollwert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.