DE4439557A1 - Verfahren und Einrichtung zum Eichen der Vergrößerung von Zoomoptik-Systemen - Google Patents

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.

Voreichung

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.

Rückkehr zur vorgeeichten Position

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.