DE4439557A1 - Verfahren und Einrichtung zum Eichen der Vergrößerung von Zoomoptik-Systemen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Eichen der Vergrößerung von Zoomoptik-SystemenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine
Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf optische Meßsysteme,
vor allem auf Zoomobjektivsysteme der Art, wie sie auf dem Gebiet
der optischen Meßtechnik eingesetzt werden. Speziell bezieht sich die
Erfindung auf ein neues Verfahren und eine Einrichtung oder
Vorrichtung zum Eichen von Zoomobjektivsystemen der beschriebenen
Art, wobei eine ausgewählte oder vorgegebene Vergrößerung oder ein
entsprechendes Gesichtsfeld (FOV) des Objektivsystems wiederholt
exakt wiedereingestellt werden kann, ohne eine erneute Eichung des
Systemes mit Hilfe einer externen Bezugsquelle erforderlich zu
machen.
Einer der Nachteile bekannter optischer Systeme der angeführten
Art, die ein Zoomobjektiv für meßtechnische Anwendungen einsetzen,
ist die Schwierigkeit, das Objektiv wiederholt und exakt in die
gleiche Position zu bringen, um eine bestimmte Vergrößerung oder
ein bestimmtes Gesichtsfeld erneut einzustellen, die bzw. das vorher
bei der Durchführung einer optischen Vermessung eines Werkstückes
verwendet worden war. Dieser Nachteil kommt daher, daß das
Zoomobjektiv des Instrumentes üblicherweise durch eine mechanische
Einrichtung eingestellt wird, und daß sich daran anschließend die
Eichung der Vergrößerung des Objektives ändern kann, beispielsweise
durch ein Spiel in der Mechanik des Zoommechanismus, durch
Verschleiß mechanischer Teile während der Einsatzdauer des
Instrumentes, was einen Positionierfehler ergibt, der vom elektromechanischen
System herrührt, das den Zoommechanismus antreibt, und
selbst Wärmeeffekt am Glas und an Metallteilen des Systemes
können einen Fehler verursachen. Es ist jedoch äußerst erwünscht,
eine oder mehrere derartige Vergrößerungen sehr genau wieder
einstellen zu können, um eine genaue Messung eines Werkstückes zu
ermöglichen.
Beispielsweise hat der Inhaber der vorliegenden Anmeldung unter
dem Handelszeichen "Smart Scope" ein optisches Meßsystem von der
Art auf dem Markt gebracht, bei dem ein Zoomobjektiv dazu
verwendet wird, um das Bild eines Werkstückes in eine Videokamera
zu produzieren, die ihrerseits das Bild über einen Mikroprozessor
auf einen Bildschirm projiziert. Um die Messungen des Werkstückes
aufzuzeichnen, verschiebt der Benutzer anschließend den Werkstückhalter
seitlich und in einer Art, daß das Bild des Werkstückes
entsprechend in Bezug auf eine Festskala am Bildschirm seitlich
verschoben wird, um so das Bild über eine derartige Skala zu
messen. Für nachfolgende Werkstücke betätigt der Benutzer erneut
den Zoommechanismus über eine Maus oder einen Bedienungshebel,
der ein Teil der Smart Scope-Einrichtung darstellt, bis das Bild des
neuen Werkstückes in der richtigen Fokussierung auf dem Bildschirm
gezeigt wird; danach kann das neue Werkstück erneut eingestellt
werden, wie oben beschrieben, um die gewünschten Messungen zu
erhalten.
Einer der Vorteile, zur genauen Wiedereinstellung einer vorher
verwendeten Vergrößerung in der Lage zu sein, statt einfach auf
die Beobachtung des Bildes eines Werkstückes auf dem Bildschirm zu
vertrauen, liegt darin, daß dies Messungen an einem Werkstück
direkt durch das Gerät erlaubt, ohne das Werkstück einstellen zu
müssen, um eine Bewegung seines Bildes in Bezug zu einer Skala am
Bildschirm zu bewirken.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, den vorher
erwähnten Nachteil durch Schaffen eines Apparates zum Projizieren
und Aufzeichnen eines optischen Bildes einer bekannten Abmessung
bei einer ausgewählten Vergrößerung zu beseitigen, so daß beim
Wunsch, das zugeordnete Zoomobjektiv auf die frühere (nun mehr
gespeicherte) Vergrößerung einzustellen, das optische Bild der
bekannten Messung für die exakte Wiedereinstellung der Vergrößerung
verwendet werden kann.
Hierbei soll vorzugsweise ein neues Verfahren zum Vermeiden der
oben angeführten Nachteile eines Zoomobjektivsystemes geschaffen
werden, bei dem ein Bezugsbild oder ein Retikal wie eine Art
Fadenkreuzbild in das Zoomobjektiv projiziert wird, um eine
vorgegebene oder ausgewählte Vergrößerung einzustellen, und bei
dem das optische Bild elektronisch aufgezeichnet und gespeichert
wird, um es zu einem späteren Zeitpunkt zu verwenden und die
frühere Vergrößerung wieder einzustellen.
Weitere Ziele und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
und den beiliegenden Ansprüchen hervor, insbesondere in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens
des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.
Das Zoomobjektivinstrument oder der Zoomobjektivmechanismus eines
üblichen optischen Meßsystems, beispielsweise von der Art, wie er
von der Anmelderin dieser Anmeldung unter dem eingetragenen
Warenzeichen Smart Scope angeboten wird, weist zwischen seinen
Enden einen Strahlungsteiler auf, der in einem Winkel von etwa 45
Grad geneigt ist und sich zur Achse des Zoomobjektives des
Instrumentes quer erstreckt. An einer Seite des Instrumentes ist eine
Eichvorrichtung befestigt, die ein Bild eines Retikels ähnlich einem
Fadenkreuz auf die Oberfläche des Strahlenteilers längs einer
optischen Achse, die sich im rechten Winkel zur Achse des
Zoomobjektives erstreckt, projiziert. Eine Videokamera, die ein Teil
der Smart Scope-Vorrichtung bildet, liefert über einen Mikroprozessor
Bilder an einen Bildschirm, der es dem Benutzer ermöglicht, das
Werkstück zu beobachten, auf welches das Zoomobjektiv fokussiert
ist. Der Mikroprozessor kann ebenfalls dazu benutzt werden, um die
mechanische Fokussierung des Zoomobjektives in einer Art zu
steuern, welche keinen Teil dieser Erfindung darstellt.
Um eine vorgegebene Vergrößerung des Zoomobjektives zu eichen,
stellt der Benutzer die Smart Scope-Vorrichtung in bekannter Weise
ein, um das Zoomobjektiv auf ein Werkstück oder ähnliches zu
fokussieren. Nachdem der Benutzer das optische System auf das
Werkstück fokussiert hat, wird das Zoomobjektiv selbst eingestellt,
um die gewünschte Vergrößerung oder das gewünschte Gesichtsfeld zu
wählen. Danach wird die Beleuchtung des Werkstückes ausgeschaltet,
und eine Lichtquelle innerhalb des Eichsystemes wird eingeschaltet,
um einen Lichtstrahl zu erzeugen, der das Retikel in der Art eines
Fadenkreuzes beleuchtet und ein Bild desselben auf den Strahlenteiler
projiziert. Der Strahlungsteiler reflektiert das Bild des Retikels
durch das Zoomobjektiv hindurch zur Videokamera, welche über den
Mikroprozessor das bestimmte Bild des Retikels für die nachfolgende
Verwendung speichert, wenn dies erwünscht ist, um eine nunmehr
geeichte Vergrößerung wieder einzustellen. Beim hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Retikel aus einer
Anzahl von konzentrisch in radialen Abständen angeordneten Ringen,
dessen größter ein Videobild von etwa 5 Millimetern bei der
niedrigsten Vergrößerung des Zoomobjektives erzeugen sollte.
Wenn es erwünscht ist, eine vorher gespeicherte oder ausgewählte
Vergrößerung wieder herzustellen, wird das optische System erneut
in bekannter Weise fokussiert, und die Retikel- oder Fadenkreuzanordnung
wird erneut betätigt, um ein Bild des Retikels über den
Strahlenteiler und das Zoomobjektiv in die Videokamera zu
projizieren. Dieses bestimmte Bild wird dann mit dem Retikelbild
verglichen, das vorher in Verbindung mit der gewünschten
Vergrößerung gespeichert wurde, und das Zoomobjektiv selbst wird
entweder manuell oder über ein Programm justiert, bis beide
Fadenkreuzbilder zusammenfallen. Wenn ein Programm eingesetzt
wird, so vergleicht es die zwei Bilder durch Messen des
Durchmessers des Bildes, das anschließend durch die Eicheinrichtung
in die Videokamera projiziert wird; und abhängig vom
Vorzeichen der gemessenen Abweichung bewirkt das Programm eine
leichte Einstellung des Antriebssystems des Zoomobjektivmechanismus
bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die zwei Bilder im wesentlichen
identisch sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung des verwendeten Verfahrens
zum Eichen eines Zoomobjektives gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
Fig. 2 eine ausschnittweise Vorderansicht eines Zoomobjektivmechanismus,
an den eine neue Eichvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung befestigt ist, wobei einige Abschnitte des
Mechanismus aufgeschnitten und im Schnitt dargestellt sind,
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2,
betrachtet in Pfeilrichtung, und
Fig. 4 eine Teil-Vorderansicht, bei der ein Teil einer abgeänderten
Art des Zoomobjektivmechanismus gezeigt ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnung mit Hilfe von
Bezugszeichen, und zuerst zu Fig. 1, bezeichnet 10 allgemein eine
Zoomobjektiv-Vorrichtung, die an ihrem oberem Ende eine Videokamera
11 aufweist, die mittels eines Mikroprozessors oder einer
Zentralprozessoreinheit 12 in bekannter Weise mit einem Bildschirm
13 gekoppelt ist. Ein Gehäuse 14, das vom unteren Ende der
Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 vorspringt, enthält ein Zoomobjektiv L,
das für ein Fokussieren auf ein Werkstück W oder ähnliches
angeordnet ist, so daß beim Beleuchten des Werkstückes in
bekannter Weise durch eine übliche Lichtquelle (nicht dargestellt)
ein Bild desselben über das Objektiv L, die Zoomobjektiv-Vorrichtung
10 und die Videokamera 11 sowie die Zentralprozessoreinheit,
abgekürzt CPU, 12, auf den Bildschirm 13 projiziert wird. Eine
zweite Lichtquelle 16, die an der Seite des fadenkreuzartigen
Retikels 15, dem Gehäuse 14 abgewandt, befestigt ist, ist so
ausgelegt, um ein Bild des Retikels durch ein Objektiv 17 und eine
Öffnung an der Seite des Gehäuses 14 und auf die Oberfläche eines
Strahlenteilers 18 zu projizieren, der im Gehäuse 14 unterhalb der
Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 befestigt ist und sich quer zu deren
Achse erstreckt, und zwar in einem Winkel von etwa 45 Grad sowohl
zur Zoomobjektiv-Achse als auch zur Achse des Objektives 17.
Wenn das Werkstück W nicht beleuchtet ist, und die Lichtquelle 16
eingeschaltet ist, wird auf diese Weise ein Bild des fadenkreuzartigen
Retikels durch das Objektiv 17 und den Strahlenteiler 18 durch
die Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 zur Videokamera 11 für die
elektronische Aufzeichnung durch die CPU 12 projiziert. Fig. 2
zeigt in genauerer Darstellung einen Aufbau einer Zoomobjektiv-
Vorrichtung 10, die beim Erfindungsgegenstand eingesetzt werden
kann. Insbesondere kann, abgesehen vom Einsatz des Strahlenteilers
18, dem Retikel-Projiziermechanismus 15, 16 und 17, und der später
beschriebenen Einrichtung zum Vergleichen von Retikel-Bildern, die
Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 im wesentlichen ähnlich der üblichen
Art sein, wie sie in der oben erwähnten Vorrichtung eingesetzt
wird, die unter dem Warenzeichen Smart Scope verkauft wird. Dort
wird zum Fokussieren des Systems auf ein Werkstück W das vertikale
Einstellen der Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 mit der mit ihr verbundenen
Videokamera 11 und dem Objektiv-Gehäuse 14 in bekannter Weise
durch einen Hebel 21, dessen eines Ende mit dem Gehäsue 22 der
Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 verbunden ist, und dessen entgegengesetztes
Ende über einen üblichen Mechanismus (nicht gezeigt), der
durch die CPU 12 gesteuert wird, bewerkstelligt. Nachdem das
optische System auf das Werkstück fokussiert ist, um ein Bild
desselben auf dem Bildschirm 13 anzuzeigen, hört die Bewegung des
Hebels 21 auf und das Zoomobjektiv selbst wird eingestellt, um die
maximale oder die gewünschte Vergrößerung (das gewünschte
Gesichtsfeld) zu wählen. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird dies
durch einen Servomotor 23 bewerkstelligt, der im Gehäuse 22
angrenzend an ein Zahnrad 24 montiert ist, welches am einstellbaren
Objektivzylinder 25 des Zoomobjektives befestigt ist und diesen
umgibt. Ein Stirnzahnrad 26, das an der Welle des Motors 23 fixiert
ist, steht in Antriebseingriff mit dem Zahnrad 24. Durch eine Maus
oder einen Steuerhebel, der Teil der oben angeführten Smart
Scope-Vorrichtung ist, veranlaßt der Benutzer dann das selektive
Einschalten des Servomotors, bis die gewünschte Vergrößerung oder
das gewünschte Gesichtsfeld erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt kann
dann die CPU 12 dazu benutzt werden, um die Aufzeichnung der
gewählten Messungen des Werkstückes W über das projizierte Bild zu
bewerkstelligen.
Unter Bezugsnahme auf Fig. 3 weist das Retikel 15 aufgedruckt oder
in anderer Weise gebildet eine Anzahl von in radialen Abständen
konzentrisch bzw. koaxial angeordneten Ringen 35, 36, 37 auf, von
denen jeder einen entsprechenden inneren und äußeren Ringdurchmesser
aufweist, deren Abmessungen bekannt sind. Der kleisnte Ring
35, der beispielsweise einen Innendurchmesser von etwa 0,5
Millimeter haben kann, erscheint auf dem Bildschirm 13 in richtiger
Größe, wenn das Zoomobjektiv bei seiner größten Vergrößerung
angelangt ist; und der Außendurchmesser des äußersten Ringes 37,
der beispielsweise einen Durchmesser von 3,0 Millimeter aufweisen
kann, zeigt die richtige Größe bei der kleinsten Vergrößerung des
Zoomobjektives. Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser
jedes Ringes kann dazu verwendet werden, um dazwischenliegende
Vergrößerungen zu identifizieren oder zu eichen. Die Anzahl der
Ringe und natürlich ihr innerer und ihr äußerer Durchmesser
können natürlich variieren, ohne daß die Erfindungsidee verlassen
würde. Der Vorteil der Verwendung von Ringen für fadenkreuzartige
Retikelbilder liegt darin, daß solche Bilder nicht empfindlich sind
(d. h. nicht verzerrt werden) als Ergebnis irgendeiner zufälligen
Winkeldrehung der Kamera oder anderer Teile des Mechanismus.
Wie oben erwähnt, ist es oft notwendig, das Zoomobjektiv zu einer
früheren Vergrößerung zurück zu bringen, um eine Messung nochmals
zu überprüfen. Um sicherzustellen, daß die gleiche Vergrößerung
wieder eingestellt werden kann, sei es unmittelbar vor oder nach
des Messung eines Werkstückes W bei einer gegebenen Vergrößerung,
kann diese spezielle Position des Zoomobjektives, d. h. dieses
spezielle Gesichtsfeld, für die zukünftige Verwendung aufgezeichnet
oder geeicht werden. Um eine derartige Eichung zu erzielen, wird
die Beleuchtung des Werkstückes eliminiert oder ausgeschaltet, die
Lichtquelle 16 wird eingeschaltet, und das Bild des Retikels wird
durch das Objektiv 17 auf den Strahlenteiler 18 projiziert, der das
Bild nach oben über das Zoomobjektiv zur Kamera 11 projiziert, um
es durch die CPU 12 elektronisch aufzuzeichnen. In der Praxis
wurde festgestellt, daß das wirksamste Retikel 15 einen scheibenförmigen
Aufbau aufweist, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Scheibe oder
das Retikel 15 ist mit seinen Umfangs-Randkanten in einem
zylindrischen Gehäuse 31 befestigt, das an seinem vorderen Ende
(am rechten Ende in Fig. 2) am äußeren Ende des Zylindergehäuses
32 einstellbar befestigt ist, welches das Objektiv 17 enthält.
Der modifizierte Zoomobjektiv-Mechanismus 10′, wie in Fig. 4
gezeigt, ermöglicht es einer Bedienungsperson, den Zoomobjektiv-
Zylinder 25 manuell einzustellen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
ein manuell arbeitendes Antriebszahnrad 41 koaxial an einer Welle
42 zwischen deren beiden Enden befestigt. Die gegenüber liegenden
Enden der Welle 42 sind in einem Paar von in einem Abstand
angeordneten Vorsprüngen oder Zinken 43 drehbar gelagert, die von
der Innenfläche des Gehäuses 22 vorstehen, um die Zähne des
Antriebszahnrades 41 in Antriebs-Eingriff mit dem Zahnrad 24 zu
tragen. Ein Abschnitt des Antriebzahnrades 41 ragt durch eine
Öffnung in der Wand des Gehäuses 22 hindurch, so daß das
Antriebszahnrad 41 bei Wunsch manuell gedreht werden kann, um
dadurch die manuelle Einstellung des Zoomobjektiv-Zylinders 25 zu
bewirken. Dies ermöglicht eine manuelle Einstellung der Vergrößerung
(FOV) und den manuellen Vergleich des vorher aufgezeichneten
Retikelbildes mit einem neuen Retikelbild, um eine vorher geeichte
Vergrößerung wieder einzustellen.
In Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird das Zoomobjektiv vorgeeicht für eine Anzahl von
Vergrößerungen. Beispielsweise ist das Zoomobjektiv nach der
Fokussierung derselben auf ein Werkstück imstande, zwischen einer
ersten und einer zweiten Grenzposition eingestellt zu werden,
beispielsweise auf die größte und auf die kleinste Vergrößerung,
was durch eine wahlweise Drehung der Welle des Servomotors 23
zwischen den zwei Grenzpositionen in entgegengesetzten Richtungen
ermöglicht wird. Bei der existierenden Smart Scope-Vorrichtung
bedient ein optischer Kodierer auf der Welle des Servomotors 23
innerhalb der CPU einen Zähler, der beispielsweise Aufzeichnungen
von etwa 15 000 Zählungen aufzeichnet, wenn sich die Welle des
Servomotors 23 von einer zur anderen der beiden Grenzpositionen
dreht. Verschiedene Vergrößerungen können dann durch verschiedene
Positionen der Motorwelle dargestellt werden, welche umgekehrt
durch die Zahl der Signale dargestellt werden, die durch den
Zähler aufgezeichnet werden, der durch den oben erwähnten
optischen Kodierer betrieben wird.
Um eine derartige Vorrichtung für verschiedene Vergrößerungen
vorzueichen, kann das Zoomobjektiv über den Servomotor 23 zu
seiner größten Vergrößerung bewegt werden, dann kann der
Kodier-Zähler auf Null gesetzt werden, so daß eine Nullzahl im
Zähler die Position der Motorwelle für die höchste Vergrößerung
darstellt, und eine Zahl von 15 000 stellt seine Position für die
geringste Vergrößerung dar. Die Positionen der Motorwelle für
andere Vergrößerungen können dann durch Zahlen zwischen 0 und
15 000 dargestellt werden. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird das Zoomobjektiv für zehn verschiedene Positionen vorgeeicht,
wobei jede dieser Positionen der Motorwelle durch 1666 Zählungen
getrennt ist.
Die Position der Welle des Servomotors 23 ist jedoch nur eine von
mehreren Parametern, die zu dem Zwecke festgestellt und aufgezeichnet
werden, um das Zoomobjektiv für eine vorgegebene Vergrößerung
zu eichen. Zusätzlich wird die Einstellung der Retikel-Lichtquelle 16
aufgezeichnet, und die Anzeige einer unteren Pixelkante wird
durchgeführt (siehe hierzu "Optical and Digital Processing Techniques
In A Machine Vision Metrology System", von A. G. Choate,
Optical Engineering 28(12), 1311-1316, vom December 1989), um die
genauen Positionen (X-, Y-Koordinaten) der drei Punkte zu bestimmen,
die an einem ausgewählten Kreis des Bildes des Retikels 15
liegen, das auf den Bildschirm 13 projiziert wird. Diese drei X-,
Y-Koordinaten werden dann dazu verwendet (siehe "Mathematical
Handbook for Scientists and Engineers" von G. A. und T. M. Korn,
Erste Ausgabe, Sec. 2.4-6(a), Mc Graw-Hill, N. Y. 1961), um den
Durchmesser des ausgewählten Kreises zu bestimmen. Die Methode der
Kantenfeststellung wird ebenfalls dazu eingesetzt, um das genaue
Gesichtsfeld (FOV) in Pxels/CM für eine vorgegebene oder ausgewählte
Vergrößerung festzustellen. Alle fünf Parameter (Position der
Servo-Motorwelle, Lichtintensität des Retikels, drei X-, Y-Koordinaten,
Kreisdurchmesser des Retikels und schließlich das Gesichtsfeld)
werden aufgezeichnet, um die Eichanordnung für eine bestimmte
Vergrößerung zu etablieren.
Bezieht man sich weiterhin auf die Messung des Kreises des
Retikelbildes auf dem Monitor oder Schirm 13, so wird sein
Durchmesser zuerst durch Auswählen und Aufzeichnen der X-, Y-Koordinaten
der drei winkelmäßig in einem Abstand angeordneten Punkte
um den Kreis in Pixels bestimmt, wobei X die Richtung darstellt, in
welcher der Halter des Werkstückes W seitlich verschoben werden
kann, und Y die Normale hierzu bildet. Jene drei X-, Y-Koordinaten
können dann so benutzt werden, wie es im oben erwähnten Handbook
beschrieben ist, um die Größe des Kreises zu bestimmen. Die
seitliche Bewegung (in X-Richtung) des Werkstückhalters und daher
eine derartige Bewegung des Werkstückes W kann ebenfalls durch
die eingeführte Smart Scope-Vorrichtung in Inch bzw. Zentimeter
festgestellt und aufgezeichnet werden. Wie später erwähnt, ermöglicht
diese eine genaue Bestimmung und Aufzeichnung des Gesichtsfeldes
(FOV) in Pixel pro Inch bzw. Zentimeter.
Nachfolgend sind die verschiedenen Schritte aufgelistet, die
unternommen werden, um die Vorrichtung für eine vorgegebene
Vergrößerung (FOV) vorzueichen. Im vorgegebenen speziellen Beispiel
dienen die Schritte zum Voreichen der Vorrichtung für eine Position
entsprechend dem Einstellen des Zoomobjektives auf die höchste
Vergrößerung. Selbstverständlich können andere Vergrößerungen in
einfacher Weise durch Bewegen der Welle des Servomotors in anderen
Positionen vorgeeicht werden, wonach die verbleibenden Eichschritte
wiederholt werden. Um beispielsweise das Zoomobjektiv für zehn
verschiedene Vergrößerungen vorzueichen, kann die Welle des
Servomotors 23 von ihrer höchsten auf ihre niedrigste Vergrößerung
in Schritten entsprechend 1666 Zählungen an seinem Kodier-Zähler
bewegt werden.
Nach dem Start der Smart Scope-Vorrichtung und dem Fokussieren
der Zoomobjektiv-Einrichtung auf ein beleuchtetes Werkstück W sind
die verschiedenen durch den Bediener über die zugeordnete
Tastatur, eine Maus und entsprechende Software bzw. Programme
durchzuführende Schritte wie folgt:
Schritt 1: Bewege das Zoomobjektiv über einen Servomotor 23 bis
zur höchsten Vergrößerung des Werkstückes W und
setze den Kodier-Zähler auf Null.
Schritt 2: Schalte die Beleuchtung des Werkstückes aus und
schalte die Beleuchtung des Retikels an.
Schritt 3: Stelle die Beleuchtung des Retikels auf ein zufriedenstellendes
Niveau ein und erzeuge ein sichtbares Bild
bzw. eine sichtbare Abbildung.
Schritt 4: Wähle unter Verwendung der Anzeigemethode der
Subpixel- oder unteren Pixel-Kante drei X-, Y-Koordinaten
am größten Retikelring aus, der vollständig in
das Gesichtsfeld auf dem Anzeigeschirm des Monitors
oder Bildschirmes 13 hineinpaßt.
Schritt 5: Messe unter Verwendung der drei X-, Y-Punkte den
Ringdurchmesser in Pixel.
Schritt 6: Behalte bzw. speichere den gemessenen Ringdurchmesser,
die drei X-, Y-Koordinaten, das Einstellen
(das Beleuchtungsniveau) des Retikellichtes, und die
Wellenposition des Servomotors innerhalb der Eichanordnung.
Schritt 7: Schalte die Retikel-Beleuchtung ab und stelle die
Werkstückbeleuchtung auf die ursprüngliche Einstellung.
Schritt 8: Setze eine klare senkrechte Kante (beispielsweise die
Kante einer Rasierklinge) nahe an das Zentrum des
Gesichtsfeldes.
Schritt 9: Stelle die Werkstück-Beleuchtung auf ein zufriedenstellendes
Niveau ein.
Schritt 10: Messe die momentane X-Position der Kante in Pixel
unter Verwendung der Anzeigemethode der Subpixel-
Kante.
Schritt 11: Bewege das Bild bzw. die Abbildung der Kante
seitlich um eine kleine Anzahl von Pixel in irgendeine
Richtung durch Bewegen des Werkstückhalters in
X-Richtung.
Schritt 12: Mache die Kanten-Anzeigemethode erneut, um die neue
Kantenposition in Pixel zu messen.
Schritt 13: Teile die Anzahl der Pixel, um welche die Kante
bewegt wurde, durch die Inche oder Zentimeter, um
welche der Werkstückhalter in X-Richtung bewegt
wurde, um eine grobe Gesichtsfeld-Messung in Pixel
pro Inch bzw. Zentimeter zu erzeugen.
Schritt 14: Bewege unter Verwendung des Gesichtsfeld-Wertes, der
durch den Schritt 13 festgestellt wurde, die Kante in
X-Richtung bis zu einem Drittel der Gesichtsfeldposition.
Schritt 15: Messe die neue Position der Kante in Pixel unter
Verwendung der einfachen Kantenanzeige-Routine.
Schritt 16: Bewege die Kante in X-Richtung zu zwei/Drittel
Gesichtsfeldposition.
Schritt 17: Messe die neue Position der Kante in Pixel unter
Verwendung einer einfachen Kantenanzeige-Methode.
Schritt 18: Bestimme den Unterschied in Pixel bei den Kantenpositionen,
die durch die Schritte 15 und 17 erzeugt
wurden, und die entsprechende Differenz in Inch oder
Zentimeter bei den Positionen des Werkstückhalters.
Schritt 19: Teile die Differenz in Pixel, die durch den Schritt 18
festgestellt wurde, durch die entsprechende Differenz
in Inch bzw. Zentimeter, um das endgültige exakte
Gesichtsfeld in Pixel pro Inch bzw. Zentimeter zu
bestimmen.
Schritt 20: Bewahre bzw. speichere den Wert des Gesichtsfeldes in
der Eichanordnung für die höchste Vergrößerung des
Zoomobjektives.
Um die Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 für eine vorgegebene Vergrößerung
zu eichen, die nicht notwendigerweise eine der vorgeeichten
Positionen sein muß, wird das Zoomobjektiv über einen Servomotor 23
auf irgendeine neue Position zum Zweck eingestellt, ein neues
Gesichtsfeld (Vergrößerung) zu etablieren, die für das zu messende
Werkstück am besten geeignet ist. Die obigen Schritte werden
durchgeführt und der endgültige Gesichtsfeld-Wert in der Eich-Anordnung
wird für diese betreffende Position der Motorwelle bewahrt
bzw. gespeichert.
Wann immer ein Benutzer wünscht, das Zoomobjektiv auf die vorher
geeichte Vergrößerung zurückzuführen, so wird das Bild des Retikels
15 nochmals auf den Strahlenteiler 18 projiziert, und dieses neue
Bild wird über die Kamera 11 zur CPU 12 für einen Vergleich mit
dem vorher eingestellten Retikelbild projiziert. Die verschiedenen
Schritte bei diesem Verfahren sind wie folgt:
Schritt 1: Bewege das Zoomobjektiv mit Hilfe des Servomotors 23
in irgendeine neue Position zum Zwecke, ein neues
Gesichtsfeld auszuwählen, das für das zu messende
Werkstück am besten geeignet ist.
Schritt 2: Bestimme die vorgeeichte Position mit der entsprechenden
Position des Servomotors 23, die der neuen
ausgewählten Position am nächsten kommt.
Schritt 3: Bewege den Servomotor 23 zur nächsten vorgeeichten
Position.
Schritt 4: Schalte die Werkstück-Beleuchtung aus und schalte die
Retikel-Beleuchtung ein.
Schritt 5: Stelle die Retikel-Beleuchtung auf das während der
Voreichung dieser Position gespeicherte Niveau ein.
Schritt 6: Messe unter Verwendung der drei X-, Y-Punkte, die
während der Voreichung für diese Position gespeichert
sind, den Ringdurchmesser in Pixel unter Verwendung
der Subpixelkanten-Anzeigemethode.
Schritt 7: Vergleiche die gemessene Größe des Ringdurchmessers
mit dem Bezugswert, der für den Ringdurchmesser
während der Voreichung gespeichert wurde.
Schritt 8: Wenn der gemessene Ringdurchmesser größer als der
Bezugswert ist (um mehr als eine gewisse übliche
Toleranz), so bewege den Servomotor 23 um einen
kleinen Betrag in Richtung Position der kleinsten
Vergrößerung. Wenn der gemessene Ringdurchmesser
kleiner als der Bezugswert ist (um mehr als einen
gewissen üblichen Toleranzwert), so bewege den
Servomotor 23 um einen kleinen Betrag in Richtung
Position der höchsten Vergrößerung.
Schritt 9: Wiederhole die Schritte 6, 7 und 8, bis der gemessene
Ringdurchmesser gleich dem Bezugsdurchmesser innerhalb
einer gewissen Zufallstoleranz ist.
Schritt 10: Schalte die Retikel-Beleuchtung aus und stelle die
Werkstück-Beleuchtung auf ihre ursprüngliche Einstellung.
Schritt 11: Rufe den Wert der Pixel pro Inch bzw. Zentimeter
auf, der während der Voreichung für diese Position
gespeichert wurde. Verwende diesen Wert für irgendwelche
Messungen, die bei dieser Vergrößerung
gemacht werden sollen.
Aus dem vorstehenden ist offensichtlich, daß die vorliegende
Erfindung ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung für die
genaue Aufzeichnung oder das genaue Eichen einer oder mehrerer
Vergrößerungen vorsieht, in welche eine Zoomobjektiv-Vorrichtung
der vorbeschriebenen Art zum Zwecke eingestellt werden kann, um
Werkstücke und dergleichen zu überprüfen und zu messen. Wann
immer eine vorgegebene Vergrößerung ausgewählt ist, so wird das
entsprechende Retikel-Bild beobachtet und für eine zukünftige
Verwendung aufgezeichnet. Wenn es danach gewünscht wird, die
Vergrößerung entsprechend dem vorher aufgezeichneten Retikelbild
wiederherzustellen, so wird die Lichtquelle 16 erneut eingeschaltet,
um ein neues Bild des Retikels 15 über die Zoomobjektiv-Vorrichtung
10 und die Videokamera 11 zur Zentralprozessoreinheit 12 zu
projizieren. Dieses neue Bild wird dann mit dem vorher gespeicherten
Bild des Retikels entweder manuell über ein Antriebszahnrad 41
oder durch die zugeordnete Software oder das entsprechende
Programm verglichen, das die Zoomobjektiv-Vorrichtung 10 über
einen Servomotor 23 bis zu dem Zeitpunkt verstellt, an dem das neu
projizierte Bild des Retikels 15 im wesentlichen exakt mit dem
vorher aufgezeichneten Bild desselben übereinstimmt bzw. zusammenfällt.
Zu diesem Zeitpunkt wurde das Zoomobjektiv der Vorrichtung
10 so eingestellt, um die exakte gewünschte Vergrößerung wiederherzustellen.
Während diese Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsbeispielen
erläutert und beschrieben wurde, sind offensichtlich
weitere Modifizierungen möglich, die für einen Fachmann
ebenfalls in den Schutzbereich der Erfindung bzw. der beigefügten
Ansprüche fallen.
Claims (12)
1. Optische Meßeinrichtung der Art, bei der das Bild oder die
Abbildung eines Werkstückes (W) das oder die gemessen werden
soll, durch eine einstellbare Zoomobjektiv-Vorrichtung (10) zu
einer Videokamera (11) projiziert wird, die im Stande ist, über
eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU, 12) ein Bild des Werkstückes
(W) auf einem Bildschirm (13) aufzuzeichnen und
darzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung
umfaßt: ein Retikel (15), das an der Zoomobjektiv-Vorrichtung
(10) befestigt ist, eine Einrichtung, die beim Einstellen des
Zoomobjektives innerhalb der Vorrichtung (10) auf eine vorgegebene
Vergrößerung betätigbar ist, um ein Bild des Retikels bei
dieser Vergrößerung zu projizieren und über das genannte
Zoomobjektiv und die Videokamera zur Zentralverarbeitungseinheit
(12) für eine elektronische Aufzeichnung des Retikel-Bildes
durch diese Zentralverarbeitungseinheit zu projizieren, eine
Einrichtung, die dann betätigbar ist, wenn es erwünscht ist, die
vorgegebene Vergrößerung erneut einzustellen, um ein neues Bild
des genannten Retikels (15) über das Zoomobjektiv und die
Videokamera (11) für einen Vergleich auf dem Bildschirm (13)
mit dem vorher aufgezeichneten Bild dieses Retikels zur
Zentralverarbeitungseinheit (12) zu projizieren, und eine
Einrichtung, die während des Vergleiches des neuen Bildes mit
dem vorher aufgezeichneten Bild betätigbar ist, um das
Zoomobjektiv zu verstellen, bis das neue Bild mit dem
aufgezeichneten Bild zusammenfällt, wobei die vorgegebene
Vergrößerung erneut eingestellt ist.
2. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Retikel (15) eine Anzahl von in einem Abstand
konzentrisch angeordneten Ringen (35-37) enthält bzw. aus
diesen besteht.
3. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zoomobjektiv-Vorrichtung (10) ein
Gehäuse (22, 14) aufweist, an dessen einem Ende das Zoomobjektiv
einstellbar befestigt ist, und an dessen anderem Ende ein
Objektiv (L) koaxial zum Zoomobjektiv befestigt ist, daß
zwischen Zoomobjektiv und Objektiv (L) im Gehäuse (14) ein
Strahlenteiler (18) befestigt ist, der durch eine Öffnung
innerhalb des Gehäuses auf das Retikel (15) ausgerichtet ist,
und daß eine Lichtquelle (16) an der Seite des Retikels (15),
die von der Öffnung des Gehäuses abgewandt ist, befestigt ist
und wahlweise betrieben werden kann, um ein Bild des Retikels
(15) zum Strahlenteiler (18) zu projizieren.
4. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zoomobjektiv eine Einrichtung (41) am Gehäuse
(22) aufweist, um die manuelle Einstellung des Zoomobjektives
innerhalb der Zoomobjektiv-Vorrichtung (10) und dadurch die
Einstellung der Vergrößerung (des Gesichtsfeldes, FOV) zu
bewerkstelligen.
5. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Einstellen des Zoomobjektives
einen Servomotor (23) am Gehäsue (22) enthält, die antriebsmäßig
mit dem Zoomobjektiv verbunden und so betätigbar ist, um
das Objektiv wahlweise in entgegengesetzte Richtungen zu
verschieben, um die Vergrößerung zu erhöhen oder zu verringern.
6. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zum Verbinden des Servomotors (23) mit der
Zentralverarbeitungseinheit (12), um dadurch die Wiedereinstellung
der vorgegebenen Vergrößerung zu steuern.
7. Verfahren zum Aufzeichnen und Wiedereinstellen einer gewählten
Vergrößerung eines einstellbaren Zoomobjektives in einer derart
ausgelegten Zoomobjektiv-Vorrichtung (10), daß sie auf ein
Werkstück (W) fokussiert werden und ein Bild desselben über
eine Videokamera (11) auf eine Zentralverarbeitungseinheit
(CPU, 12) projizieren kann, die imstande ist dieses Bild wieder
abrufbar aufzuzeichnen auf einen Bildschirm (13) zu projizieren,
wobei die optische Meßeinrichtung (10) auf ein Werkstück (W)
fokussiert wird, das Zoomobjektiv in der Zoomobjektiv-Vorrichtung
(10) auf eine gewählte Vergrößerung eingestellt wird, das
Bild eines Retikels (15) bei der gewählten Vergrößerung durch
das Zoomobjektiv und die Videokamera (11) auf die zentrale
Verarbeitungseinheit (12) für eine elektronische Aufzeichnung in
dieser projiziert wird, um dadurch eine Aufzeichnung des
Retikel-Bildes zu erzeugen, wie es bei der gewählten Vergrößerung
erscheint, wobei nachfolgend ein neues Bild des Retikels
(15) über das Zoomobjektiv und die Videokamera (11) auf die
genannte Zentralverarbeitungseinheit (12) projiziert wird, wenn
dies gewünscht wird, um die gewählte Vergrößerung wiederherzustellen,
gefolgt durch das Vergleichen des neuen Bildes des
Retikels (15) mit dem vorher aufgezeichneten Bild dieses Retikels
und durch das Einstellen bzw. Verstellen des Zoomobjektives, bis
das neue Bild des Retikels (15) im wesentlichen identisch mit
dem vorher aufgezeichneten Bild des Retikels ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Vergleichen des neuen Bildes des Retikels (15) mit dem vorher
aufgezeichneten Bild desselben das gleichzeitige Projizieren
beider Bilder auf den Bildschirm (13) umfaßt, um die visuelle
Beobachtung und den Vergleich derselben zu ermöglichen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das Einstellen
des Zoomobjektives in Richtung auf seine niedrigste Vergrößerung,
wenn das beobachtete neue Bild größer als das aufgezeichnete
Bild ist, und in Richtung auf seine höchste Vergrößerung,
wenn das beobachtete neue Bild kleiner als das aufgezeichnete
Bild ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Eichen
des Zoomobjektives für eine Anzahl von vorbestimmten Vergrößerungen
des Werkstückes (W), auf das die Zoomobjektiv-Vorrichtung
(10) fokussiert wird, durch das aufeinanderfolgende
Einstellen des Zoomobjektives innerhalb der Zoomobjektiv-Vorrichtung
auf eine andere der unterschiedlichen Vergrößerungen
des Werkstückes (W), auf das die Zoomobjektiv-Vorrichtung (10)
fokussiert wird, und durch das Projizieren des Bildes des
Retikels (15) durch das Zoomobjektiv und die Videokamera (11)
auf die Zentralverarbeitungseinheit (12) für die Aufzeichnung
jeweils dann, wenn das Zoomobjektiv auf eine dieser Vergrößerungen
eingestellt ist, um Aufzeichnungen der Retikel-Bilder für
jede dieser Anzahl von Vergrößerungen zu erzeugen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch das Projizieren
eines Bildes des Retikels (15) auf den Bildschirm (13) stets
dann, wenn das Zoomobjektiv auf eine der Anzahl von
Vergrößerungen eingestellt ist, durch das Messen des projizierten
Bildes des Retikels (15), so wie es am Bildschirm (13)
erscheint, um dessen selektive Abmessungen zu bestimmen, und
durch das Aufzeichnen dieser Abmessungen in der Zentralverarbeitungseinheit
(12) für die Verwendung bei nachfolgenden
Rückrufen des projizierten Bildes.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Retikel-Bild, das auf dem Bildschirm (13) projiziert wird,
eine Anzahl von in einem Abstand angeordneten konzentrischen
Ringen (25, 27) enthält, und daß das Messen des projizierten
Bildes auf den Bildschirm (13) das Bestimmen des Durchmessers
des größten dieser Ringe mitumfaßt, der vollständig in das
Gesichtsfeld des Bildes auf dem Bildschirm (13) paßt.
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