DE3614646A1 - Verfahren zur vermessung von vertiefungen in oberflaechen, insbesondere des volumens von gravurnaepfchen in druckflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung von Vertiefungen in Oberflächen, insbesondere des Volumens von Gravurnäpfchen in Druckflächen.

Die mit Gravursticheln etwa für den Tiefdruck erzeug­ ten, zur Aufnahme der Druckfarbe bestimmten Näpfchen wur­ den hinsichtlich ihrer Volumina bislang folgendermaßen untersucht.

Ein Gravurnäpfchen mit typischerweise einer Seitenlänge von der Größenordnung 100 µm und einer ent­ sprechenden Tiefe der Größenordnung 25 µm wird unter dem Mikroskop mit Hilfe eines eingeblendeten Maßstabes von Hand hinsichtlich der Länge seiner Längsdiagonale (die Diagonale in Bewegungsrichtung des Stichels) und seiner Querdiagonale vermessen. Außerdem wird durch Scharfein­ stellung des Mikroskops auf den Näpfchenrand und auf den Boden des Näpfchens anhand des dabei zurückgelegten Weges des Objektivtubus die Tiefe des Näpfchens bestimmt. Daraus läßt sich dann unter bestimmten aus der Form des Stichels folgenden Annahmen über die generelle Form des Näpfchens das Volumen bestimmen. Sind diese Annahmen aufgrund von Abnützung oder Beschädigung des Stichels unzutreffend geworden, so wird auch das berechnete Volumen falsch. Auch läßt sich mit dem bekannten Verfahren nur ungenau etwas über die Form des Näpfchens erfahren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches eine genauere optische Vermessung des Näpfchenvolumens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Auf dieser zeigt

Fig. 1 ein Ergebnisbild von vier einzelnen Tiefen­ schnittbildern,

Fig. 2 Höhenlinien einer Vertiefung,

Fig. 3 Höhenprofilschnitte einer Vertiefung längs der und parallel zu den in Fig. 2 eingezeichneten Diagonalen, und

Fig. 4 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Mit einer Videokamera 1 werden über ein Mikroskop 2 Bilder von Vertiefungen in einer Oberfläche, im vorliegen­ den Fall von mit einem Stichel erzeugten Gravurnäpfchen in einem Tiefdruckzylinder, aufgenommen und einem Bild­ analyserechner 5 mit Eingabetastatur 6, Drucker 7 und Videomonitor 8 zugeführt (Fig. 4).

Die Gravurnäpfchen, von denen hier die Rede ist, haben größenordnungsmäßig eine Tiefe von einigen zehn Mikrometer und eine Erstreckung längs der Oberfläche des Zylinders von der Größenordnung 100 Mikrometer. Die Schärfentiefe des Mikroskops ist so gewählt, daß sie einen Bruchteil der Tiefe einer auszumessenden Vertiefung be­ trägt. Bei einer 400-fachen Vergrößerung beträgt die Schärfentiefe ca. drei Mikrometer. Die Tiefeneinstellung des Mikroskops 2 erfolgt durch Steuerung des Vertikal­ feintriebs des Mikroskops durch einen Schrittmotor 4, der seinerseits vom Bildanalyserechner 5 gesteuert wird. Mit der angegebenen Schärfentiefe läßt sich damit mit ca. 16 Tiefenschnitten eine etwa 50 Mikrometer tiefe Ver­ tiefung in 16 Bildebenen vollständig erfassen.

Jedes der 16 Einzelbilder wird mit 256 Punkten in je 256 Zeilen mit 8 Bit , d. h. 256 Graustufen digitalisiert und abge­ speichert. Die Bildelemente der den einzelnen Tiefen­ schnitten bzw. Höhenebenen entsprechenden Einzelbilder werden folgendermaßen verarbeitet: Zunächst wird eine Sobelfilterung durchgeführt, d. h. für jeden Bildpunkt werden die Helligkeitsdifferenzen zu benachbarten Bild­ punkten, vorzugsweise den 8 nächsten Nachbarn, bestimmt, betragsmäßig aufsummiert und dem Bildpunkt als neuer Grauwert zugeordnet. Diese Grauwerte werden dann noch für jeden Bildpunkt einer Tiefpaßfilterung, d. h. einer Mitte­ lung über eine Matrix von vorzugsweise 16×16 umgebenden Bildpunkten der gleichen Bildebene unterworfen.

Die Bildpunkte von scharf abgebildeten Teilen der Oberfläche der Vertiefung zeichnen sich dadurch aus, daß ihre Helligkeitsunterschiede zu benachbarten Bildpunkten größer sind als es für Bildpunkte von unscharf abgebil­ deten Teilen der Vertiefungsoberfläche der Fall ist, da die scharf abgebildeten Teile kontrastreicher erscheinen. Sucht man daher die in verschiedenen Höhen liegenden Bildebenen unter den Bildpunkten gleicher Koordinaten in ihrer Ebene nach demjenigen Bildpunkt ab, dem nach So­ bel- und Tiefpaßfilterung der hellste Grauwert zugeordnet ist, so erhält man für jede Höhenebene eine Menge von Bildpunkten, die den in dieser Höhenebene und in einem diese Höhenebene umgebenden Bereich mit Höhe des Abstandes zweier Höhenebenen liegenden Punkten der Vertiefungsoberfläche entsprechen. Ordnet man jedem Punkt der genannten Mengen einen Grauwert zu, der dem Abstand seiner zugehörigen Höhenebene von der Randebene der Vertiefung entspricht, so ergibt eine Addition der Grauwerte aller Punkte dieser Mengen eine Größe, die dem Volumen der Vertiefung proportional ist.

Auf diese Weise läßt sich also das gesuchte Volumen der Vertiefung ermitteln.

Fig. 1 zeigt ein Ergebnisbild mit vier Tiefenschnitt­ bildern, das man erhält, wenn man jeden "scharfen" Bild­ punkt mit dem dem Abstand seiner Höhenebene von der Ver­ tiefungsrandebene entsprechenden Grauwert aufträgt.

Fig. 2 zeigt für eine größere Anzahl von Höhenebenen bzw. Schnitten durch das Höhenlinienbild. Die Höhenlinien ent­ sprechen den Randkonturen der in Fig. 1 gezeigten Flächen mit unterschiedlichem Grauwert.

Fig. 3 zeigt Höhenprofilschnitte mit Schnitten längs der und parallel zu den in Fig. 2 gezeigten Diagonalen der Vertiefung. Den kontinuierlichen (und nicht treppen­ förmigen) Verlauf der Höhenprofilschnitte erhält man, in­ dem man die in Fig. 1 dargestellten Grauwerte für alle Punkte einer Tiefpaßfilterung, d. h. einer Mittelung über vorzugsweise 16×16 benachbarte Bildpunkte unterwirft und die so gewonnen Grauwerte aufträgt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Vermessung von Vertiefungen in Ober­ flächen, insbesondere des Volumens von Gravurnäpfchen in Druckflächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf eine Vertiefung gerichtetes Mikroskop (2) in Schritten auf eine Folge von Höhenebenen zwischen dem Boden und dem Rand der Vertiefung scharf gestellt wird, daß die so gewonnen Bilder zu einer Matrix von Bildpunkten optoelektrisch gewandelt und die Bildpunkte digital abge­ speichert werden, daß die Bildpunkte, die den in einer Höhenebene scharf abgebildeten Teilen der Oberfläche der Vertiefung entsprechen als die Punkte größten Kontrastes zu benachbarten Bildpunkten identifiziert werden, und daß diese Bildpunkte multipliziert mit einer dem Abstand ihrer Ebene von der Randebene der Vertiefung entsprechen­ den Größe aufsummiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jeden Bildpunkt in jeder Höhenebene ein den Helligkeitsunterschieden zu seinen Nachbarn in der gleichen Ebene entsprechender Grauwert gespeichert wird, daß die Höhenebenen unter den Punkten gleicher Lage nach dem Punkt mit dem den größten Hellig­ keitsunterschieden entsprechenden Grauwert durchsucht werden, daß jedem dieser Punkte ein seinem Abstand von der Randebene der Vertiefung entsprechender Grauwert zugeordnet wird, und daß die so erzeugten Grauwerte addiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bestimmung des den Hellig­ keitsunterschieden zu seinen Nachbarn entsprechenden Grau­ werts eines Bildpunkts die Summe der Absolutwerte der Helligkeitsdifferenzen zu seinen 8 nächsten Nachbarn be­ stimmt und die für die Bildpunkte so gewonnen Werte für jeden Bildpunkt über ein Feld von 16×16 Bildpunkten gemittelt werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder des Mikroskops (2) mit einer Videokamera (1) aufgenommen und die Ausgangssignale der Videokamera einem Bildanalyse­ rechner (5) eingegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mikroskoptubus durch einen vom Bildanalyserechner (5) gesteuerten Schritt­ motor (4) bewegt wird.