DE3305129A1 - Method and device for calibrating a measuring device which serves to measure a dimension of a body - Google Patents
Method and device for calibrating a measuring device which serves to measure a dimension of a bodyInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer zum Messen einerMethod and device for calibrating a for measuring a
Dimension eines Körpers dienenden Messvorrichtung Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zurn Kalibrieren einer zum Messen der Dimension eines zu vermessenden Gegenstandes dienenden optischen Messvorrichtung. Es handelt sich dabei um eine Vorrichtung, mit der nur eine einzige Grösse, zum Beispiel die Länge des Gegenstandes, gemessen wird, und zwar mit einem System bestehend aus einer Massskale, einer Lichtquelle, einem Spiegel und einer Kamera.Dimension of a body serving measuring device of this invention relates to a device and a method for calibrating a for measuring the Dimension of an object to be measured serving optical measuring device. It is a device with which only a single size to Example of the length of the object being measured, with a system consisting from a measuring scale, a light source, a mirror and a camera.
Man kennt zahlreiche verschiedene Messvorrichtungen, die nach dern Licht-Prinzip arbeiten. Diese einzelnen Vorrichtungen sind jedoch mit Mängeln verschiedener Art behaftet, von denen hier nur die häufigsten erwähnt seien: G.rossc Anzahl Fehlerinöglichkei ten, schwieriges Kalibrieren oder hellen von Kalibriermöglichkeit oder der Sondercharakter des verwendeten Lichtes, zum Beispiel des Laserlichtes, der zu einem aufwendigen und kostspieligen System führt.One knows numerous different measuring devices that according to the Working light principle. However, these individual devices are different with shortcomings Type, of which only the most frequent are mentioned here: G.rossc number of possible errors difficult, difficult calibration or light of the calibration option or the special character of the light used, for example the laser light, which becomes a complex and costly system leads.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die nachteiligen Faktoren des Standes der Technik vermieden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der das Messen einer Grösse, zum Beispiel der Länge, zuverlässig und reproduzierbar unter Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung erfolgen kann, die im Prinzip einfach ist, mit gewohnlichetn Licht arbeitet, und billig ist.The present invention is intended to address the adverse factors of the Prior art avoided and a method and a device created with which the measurement of a size, for example length, is reliable and can be reproducible using the device according to the invention, which is simple in principle, works with ordinary light, and is cheap.
Beim essen der Länge eines bestimmten Gegenstandes kann das Messergebnis mit etlichen Fehlern behaftet sein, von denen die wichtigsten auf technische Eigenschaften der Kamera, auf die Kamera-Optik, auf die Qualität des bei der Aufnahme verwendeten Spiegels, auf fehlerhafte Anordnung der Kamera, auf die Abweichung der essungsrichtung von der Ifauptachse des Spiegel-Karnera-Systems oder zum Beispiel auf Streulicht zurückzuführen sind. Ausserdem kann das Aufnahmeergebnis infolge Vibration, Wärmeausdehnung oder der-.When eating the length of a certain object, the measurement result can be afflicted with quite a few errors, the most important of which are related to technical properties the camera, the camera optics, the quality of the image used Mirror, on incorrect arrangement of the camera, on the deviation of the measurement direction from the main axis of the Spiegel-Karnera system or, for example, to scattered light are due. Also can the recording result as a result Vibration, thermal expansion or the-.
gleichen Veränderungen mit Fehlern behaftet sein. Gewöhnlich verursachen die Fehler Unlinearität des Bildes, die im Falle der erstgenanuten Fehlergruppe von bleibendem Charakter und im Falle der letztgenannten Gruppe normalerweise vorübergeherder Natur ist.the same changes may be flawed. Usually cause the error unlinearity of the image in the case of the first-mentioned error group of permanent character and, in the case of the latter group, usually temporary Nature is.
Mit der vorliegenden Erfindung konnte die Möglichkeit ausgeschlos sen werden, dass der von den einzelnen Fehlerquellen im Bild verursachte Fehler die Summe aller von den Fehlerquellen verursachten Einzelfehler ist. Die Grundfunktionen der erfindungsgemässen, vorzugsweise automatisch arbeitenden Vorrichtung lassen sich in drei Teile gliedern, die eine Sicherung des bestmöglichen Messergebnisses gewährleisten. Erstens fahrt die Vorrichtung die eigentliche Messung durch, zweitens fahrt sie di.e Kalibrierung aus, und drittens.die als Ergebnis der Kalibrierung erforderlichen Einstellimgen. Indem man alle o.g. Funktionen automatisch und genügend oft durchführt lässt sich eine so zuverlässige und fehlerfreie Messung wie nur möglich gewährleisten.With the present invention, the possibility could be ruled out sen that the error caused by the individual sources of error in the image is the sum of all individual errors caused by the sources of error. The basic functions the device according to the invention, preferably automatically operating are divided into three parts, which ensure the best possible measurement result guarantee. Firstly, the device carries out the actual measurement, secondly it extends the calibration, and thirdly, the one as a result of the calibration required settings. By having all of the above functions automatically and sufficiently a measurement that is as reliable and error-free as possible can often be carried out guarantee.
Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigef;igten Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden. Es zeigen: Fig. 1 die Messanordnung in ihrem Prinzip gemäss einer für sehr vorteilhaft geltenden Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, und Fig 2 die Vorrichtung mit einer altemativen Ausfqhrungsform der Hintergrundplatte.In the following the invention with reference to the enclosed Drawings are described in detail. They show: FIG. 1 the measuring arrangement in its principle according to a device for implementation that is considered to be very advantageous of the method according to the invention, and FIG. 2 shows the device with an alternative Design of the background plate.
Die Hauptkomponenten der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung- werden von folgenden Teilen gebildet: dem paraboloidisch oder:kreisförmig gekrümmten Spiegel 1, der Vektorkamera 2, einer Beleuchtungsvorrichtung (nicht dargestellt), mit der entweder das zu messende Objekt oder der Hintergrund angestrahlt wird, und einem Hintergrund, gegen den die Messung erfolgt. An die Kamera wiederum ist eine zur Verarbeitung und Umformung deren Daten geeignete Vorrichtunfi w zum Beispiel ein Mikrorechner, angeschlossen. Die Kainera-SpiegelKombination dient dem Zweck, den Paraxialfehler so auszuschalten, dass die in Kamera-Blickrichtung verlaufenden Strahlen parallel zueinander sind. Das als Ergebnis der Messung in die Kamera erhaltene Bild ist perspektivfrei, so dass sich der Abstand zwischen Objelct und Kamera nicht auf die Bildform auswirkt. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, dass die Vektorkamera ein eindimensional es bandförmiges Bild vom Objekt liefert.The main components of the device shown in FIG formed by the following parts: the paraboloid or: circularly curved mirror 1, the vector camera 2, a lighting device (not shown), with the either the object to be measured or the background is illuminated, and one Background against which the measurement is made. In turn, there is one to the camera Processing and conversion of their data suitable equipment, for example Microcomputer connected. The Kainera mirror combination serves the purpose Eliminate paraxial errors in such a way that the rays run in the direction of view of the camera are parallel to each other. The image obtained as a result of the measurement in the camera is perspective-free, so that the distance between the object and the camera does not arise affects the shape of the image. In this context, it should be noted that the Vector camera provides a one-dimensional ribbon-like image of the object.
Gegenstand der Erfindung ist also die automatische Kalibrierung des Aessystems unter Verwendung des Musters der flintergrundplatte 3, Dieses Muster wird von einer doppelten Reihe viereckiger Felder 42 5 gebildet, in der sich dunkle undurchsichtige Felder und durchsichtige Felder abwechseln. Die Felder der beiden Reihen sind so gewählt, dass einem dunklen Feld jeweils ein durchsichtiges Feld gegenSiberliegt. Hinter den Felderreihen 4, 5 sind die Leuchten 6, 7 angeordnet, die bevorzugt als gewöhnliche Leuchtstofflampen ausgeführt sind und über die Schalter 10 ein- und ausgeschaltet werden können. Der Hintergrund wird senkrecht zur Kamera-Hauptachse 9 und in Richtung des Messbereiches angeordnet.The invention therefore relates to the automatic calibration of the Aessystems using the backplate 3 pattern, this pattern is formed by a double row of square fields 42 5 in which dark Alternate opaque fields and transparent fields. The fields of the two Rows are chosen so that each dark field has a transparent field opposite. The lights 6, 7 are arranged behind the rows of fields 4, 5, which are preferably designed as ordinary fluorescent lamps and via the switch 10 can be switched on and off. The background becomes perpendicular to the main axis of the camera 9 and arranged in the direction of the measuring range.
Beide Viereckreihen sind gleichzeitig im Kamera-Messbereich sichtbar. Die Schalter 10 arbeiten in der Praxis automatisch gemäss Mikrorechner-Programm. Zwischen den Leuchten 6, 7 ist ein Schirm 8 angeordnet um zu verhindern, dass die Lampe die ihrnicht zugeordnete Viereckreihe beleuchtet.Both rows of squares are visible in the camera measuring range at the same time. In practice, the switches 10 work automatically according to the microcomputer program. A screen 8 is arranged between the lights 6, 7 to prevent the Lamp illuminates the square row that is not assigned to it.
Die Kalibrierung geschieht im Prinzip wie folgt: Man schaltet die eine Hintergrundleuchte 6 ein während die andere Leuchte 7 dunkel bleibt, so dass die beleuchtete Viereckreihe 5 im Messbereich der Kamera sichtbar isti danach schaltet man die Leuchte O aus und die Leuchte 7 ein, so dass die nun beleuchtete, in ihrem Kontrast entgegengesetzte Viereckreihe 4 in der Kamera sichtbar ist.The calibration is done in principle as follows: You switch the a background light 6 on while the other light 7 remains dark, so that the illuminated square row 5 is visible in the measuring range of the camera and then switches the light O off and the light 7 on, so that the now illuminated in their Contrast opposite row 4 is visible in the camera.
In der dritten Phase werden beide Leuchten eingeschaltet, wobei die Viereckreihe aus dem Kamerabild verschwindet. Die Kalibrierung erfolgt auf Grund der ersten beiden Bilder. Der an die Kamera 2 angeschlossene Mikrorechner verarbeitet und vergleicht die Kalibrierungsergebnisse und fiihrt die erforderlichen Einstellungen aus.In the third phase, both lights are switched on, whereby the The square row disappears from the camera image. The calibration takes place on the basis of the first two pictures. The microcomputer connected to the camera 2 processes and compares the calibration results and makes the necessary settings the end.
Beim Arbeiten mit der in Fig. 2 gezeigten Hintergrundplatte erfolgt die Beleuch-tung von der Seite her. Die Jiintergrundplatte ist aus Blech o.dgl. passender Breite in der Weise zurechtgebogen, dass sie die Form einer Kantweile hat, wobei die Innenflächen der von beiden Seiten jeweils sichtbaren Vertief mgen, z.B.When working with the background plate shown in FIG the lighting from the side. The background plate is made of sheet metal or the like. suitably wide, bent in such a way that it has the shape of a square with the inner surfaces of the indentations visible from both sides, e.g.
8, vorzugsweise spiegelartig ausgeführt sind. Die Vertiefungen erscheinen also hell auf der Seite, von der die Platte beleuchtet wird, während die auf der anderen Seite befindlichen Vertiefungen dunkel erscheineii. Die Leuchten sind durch eine undurchsichtige Platte 3 abgedeckt um zu verhindern, dass ihr Licht vonanderen Stellen als von der Massskale selbst in die Kamera gelangt.8, are preferably designed mirror-like. The depressions appear so bright on the side from which the plate is illuminated, while that on the depressions on the other side appear dark ii. The lights are through an opaque plate 3 covered to prevent its light from others Places than entered the camera from the measuring scale itself.
Als Vorzüge der erfindungsgemässen Kalibrierung im Vergleich zu bereits bekannten System können angeführt werden: Die Kalibrierung stört den Messungsvorgang nicht wie dies der Fuil ist wenn die Kalibrierungsskale fest auf der Oberfläche der zur Beleuchtung des Objektes dienenden Lichtquelle angeordnet ist; Sehmutzteile und sonstige schattenwerfende Gegenstände lassen sich dadurch erkennen, c@ss sie in allen drei Kalibrierungsbildern erscheinen; Die Kalihrierung kann kontinuierlich in der Weise erfolgen, dass man das gleiche Objekt bei verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen hintereinander aufnimmt und so eine einwandfreie Qualität jedes Mildes gewährleistet. Da die im Kalibrierungsbild sichtbaren Viereckrethen-Ränder lagemässig bekannt sind, können die aus Kamera-Optik und Spiegel resultierenden Fehler auf ein Minimum reduziert werden. Das definitive Kalibrierungsergebnis ist eine abschnittsweise kontinuierliche lineare Massskale, bei deren Verwendung man aus den Bilddaten auf einfache Weise den absoluten Messwert erhalt. Weiter kann konstatiert werden, dass, wie bereits erwähnt, sich gemäss der Erfindung eine mühelose Steuerung der Einstellungen ergibt; Die Orientierungsfehler lassen sich gleichfalls auf einfache Weise eliminieren, und das Streulicht hat keinen Einfluss auf die Messung, da Ja die Messungen sowohl gegen Licht als auch gegen dunklen Hintergrund erfolgen. Zum Schluss sei festgestellt, dass auch die schwingungsbedingten Fehler gering bleiben: Schwingingen von kürzerer Dauer als die Aufnahmeperiode werden integriert, solche von gleicher Dauer verursachen Bildunschärfe, und solche von längerer Dauer lassen sich durch kontinuierliche Kalibrierung leicht eliminieren.As advantages of the calibration according to the invention compared to already known systems can be stated: The calibration disrupts the measurement process not like this the fuil is when the calibration dial is firmly on the surface the light source used to illuminate the object is arranged; Protective parts and other objects casting shadows can be recognized by it, c @ ss them appear in all three calibration images; The calibration can be continuous done in such a way that one can see the same object under different lighting conditions one after the other, thus guaranteeing the impeccable quality of every mild dish. Since the square edges visible in the calibration image are known in terms of position, errors resulting from camera optics and mirrors can be reduced to a minimum will. The final calibration result is continuous in sections linear measuring scales which, when used, can be used to obtain data from the image data in a simple manner get the absolute measured value. It can also be stated that, as already mentioned, there is an effortless control of the settings according to the invention; The orientation errors can also be eliminated in a simple manner, and the stray light does not affect the measurement, because yes the measurements both against light as well as against dark background. Finally, it should be noted that the vibration-related errors remain small: vibrations of shorter Duration as the recording period are integrated, causing those of the same duration Image blurring, and those of longer duration, can be remedied by continuous calibration easily eliminate.
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