-
Diese
Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungs-Messsystem und insbesondere
die Kalibrierung derartiger Systeme unter Verwendung eines Kalibrierungsartefakts
in Verbindung mit einer Kalibrierungssoftware.
-
Bildverarbeitungs-Messsysteme
werden verwendet, um Teile und Komponenten nach der Herstellung
zu prüfen,
um sicherzustellen, dass sie und ihre zugehörigen Merkmale bestimmte zulässige Abweichungen
erfüllen.
Zum Beispiel kann ein gestanztes Werkstück mit einer oder mehreren
Bohrungen auf einem Träger
unter einer Videokamera angeordnet und in Echtzeit auf einem Bildschirm
betrachtet werden. Der Bildschirm ist an einen Computer mit einer
darauf arbeitenden Messsoftware angeschlossen, und der Durchmesser
jeder Bohrung kann durch Verwenden einer Maus und/oder einer Tastatur
genau gemessen werden, um zu Qualitätssicherungszwecken zu bewerten,
ob das gestanzte Stück
richtig hergestellt wurde.
-
Bildverarbeitungs-Messsysteme
besitzen unterschiedliche Vergrößerungsgrade,
um an Teile unterschiedlicher Größen angepasst
werden zu können
und um Merkmale unterschiedlicher Größe an jedem beliebigen Teil
genauer zu vermessen und zu betrachten.
-
Die
Messsysteme selbst werden typischerweise kalibriert, bevor sie an
einer Einrichtung eines Benutzers installiert werden, und dann während der Verwendung
routinemäßig kalibriert,
um sicherzustellen, dass die vorgenommenen Messungen korrekt sind.
Typischerweise wird ein Kalibrierungsartefakt verwendet, um Bildverarbeitungs-Messsysteme zu
kalibrieren. Das Artefakt beinhaltet eine Anzahl von Kreisen und
Quadraten von unterschiedlichen Größen, die auf eine Oberfläche eines
Glassubstrats geätzt
sind. Neben jedem Kreis und Quadrat befindet sich seine Größe. Zum
Beispiel kann es sich um neun Kreise handeln, deren Durchmesser
von 0,01 mm bis 5,0 mm reichen.
-
Das
Artefakt wird auf dem Messträger
angeordnet und das Kalibrierungsprogramm der Messsoftware begonnen.
Der Techniker wählt
dann einen Vergrößerungsgrad
und ordnet das Kalibrierungsartefakt so an, dass aus Genauigkeitsgründen der größte Kreis,
der auf den Anzeigebildschirm passt, gewählt wird. Der Techniker liest
dann den Durchmesser jenes Kreises vom Artefakt ab und gibt ihn
als Eingabe an das Kalibrierungsprogramm ein. Das Kalibrierungsprogramm
korreliert dann automatisch die Größe der Pixel auf dem Anzeigebildschirm
mit der Größe des eingegebenen
bekannten Durchmessers, so dass die Anzahl der Pixel, die jeden
beliebigen gegebenen Abstand oder Bereich bilden, für den gewählten Vergrößerungsgrad
bekannt ist.
-
Das
Hauptproblem bei diesem Kalibrierungsverfahren gemäß dem Stand
der Technik ist, dass der obige Vorgang für jeden Vergrößerungsgrad
wiederholt werden muss. Das heißt,
das Kalibrierungsartefakt muss für
jeden Vergrößerungsgrad
neu angeordnet werden, damit der gegenwärtig größte Kreis den Sichtbildschirm
einnimmt; ferner muss stets der Durchmesser jenes Kreises eingegeben
werden.
-
Wenn
eine Videoeinrichtung verwendet wird, um Gegenstände zu vermessen, ist es zusätzlich sehr
wichtig, dass die Beleuchtung richtig ist. Es ist möglich, durch
eine Übersättigung
des Bilds eine Verzerrung des Bilds zu bewirken. Wenn eine derartige Übersättigung
auftritt, scheinen die dunklen Teile des Bilds zu schrumpfen und
die hellen Teile zu wachsen. Ein Ausdruck dafür lautet "Überstrahlen". Übermäßiges Licht
von einem Rand im Bild greift auf dunkle Pixel über, und diese werden dann
als weiß erfasst.
Extreme Fälle
einer Überbelichtung
werden durch eine Bedienungsperson leicht festgestellt, doch wenn
zur Genauigkeitsteigerung eine Subpixel-Unterteilung erfolgt, können feine
Auswirkungen eines Überstrahlens
die Messungen ernsthaft beeinflussen und zu Fehlern führen.
-
Wenn
die Kreise mit der kleinsten Größe verwendet
werden (bei einer hohen Vergrößerung),
ist überdies
die Pixelauflösung
klein (eine Stelle von 10 Mikron kann den Rahmen ausfüllen). Die
Auswirkung einer um einen Mikrometer abweichenden Größe bei der
Herstellung des Artefakts ist viel größer als jene der um ein Pixel
abweichenden Messung. Wenn die Pixel andererseits groß sind (geringe
Vergrößerung), ist
die Auswirkung der um ein Pixel abweichenden Messung viel größer als
jene der um einen Mikrometer abweichenden Größe bei der Herstellung. Somit stellt
bei Artefakten gemäß dem Stand
der Technik eine eventuell bei der Herstellung resultierende "Über- oder Unterätzung" ein Problem dar.
Das entsprechende Muster ist zwar gut reproduzierbar festgelegt,
doch beim Wegätzen
des Chroms können Probleme
resultieren. Wenn das Artefakt zu lange in der Ätzung belassen wird, werden
die Chromkreise an der Außenabmessung
kleiner und an der Innenabmessung größer sein. Diese Auswirkung
ist dem Überstrahlen
sehr ähnlich.
-
Demgemäss führen das
Kalibrierungsartefakt und das Kalibrierungsverfahren, die mit dem Stand
der Technik verbunden sind, zu einem mühsamen und zeitraubenden Kalibrierungsvorgang,
der fehleranfällig
ist, wenn der Techniker Daten unrichtig eingibt, wenn es zu einem Überstrahlen
kommt, oder wenn das Artefakt nicht unter Einhaltung strengster Toleranzen
hergestellt ist und es zu einem Unter- oder Überätzen kommt.
-
Ein
Kalibrierungsartefakt zum Kalibrieren eines Bildverarbeitungs-Messsystems ist z.B.
auch aus
US 5,389,774 bekannt.
Das Artefakt besteht aus einem Substrat mit mehreren konzentrischen
Ringen an einer Oberfläche
des Substrats, wobei jeder Ring von einer unterschiedlichen Größe ist.
-
Es
ist daher eine erste Aufgabe dieser Erfindung, ein neues, leichter
zu verwendendes Kalibrierungssystem für ein Bildverarbeitungs-Messsystem bereitzustellen.
-
Es
ist eine zweite Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Kalibrierung
eines Bildverarbeitungs-Messsystems bereitzustellen, das die Probleme,
die mit Verfahren des Stands der Technik verbunden sind, überwindet.
-
Die
erste Aufgabe wird durch ein Kalibrierungssystem nach Anspruch 1
erfüllt.
-
Die
zweite Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 4 erfüllt.
-
Diese
Erfindung ergibt sich aus der Erkenntnis, dass die Probleme der
Verfahren zur Bildverarbeitungs-Messsystem-Kalibrierung im Stand
der Technik durch ein einzigartiges Kalibrierungsartefakt mit konzentrischen
Ringen von unterschiedlichen Größen überwunden
werden können.
Dieses muss weder neu angeordnet werden, wenn unterschiedliche Vergrößerungsgrade
gewählt
werden, noch besteht die Notwendigkeit für den Techniker, den Durchmesser
jedes Kreises einzugeben, wenn sich der Vergrößerungsgrad verändert. Ferner
können
die Auswirkungen des Überstrahlens
beseitigt werden.
-
Die
Größe jedes
Rings und die Veränderung im
Durchmesser zwischen jedem benachbarten Paar von Ringen ist in der
Kalibrierungssoftware gespeichert. Ein Gesichtspunkt der Erfindung
ist, dass die Größenveränderung
zwischen jedem benachbarten Paar von Ringen unterschiedlich ist.
Auf diese Weise kann die Kalibrierungssoftware dann, wenn die Kalibrierungssoftware
misst, wie viele Pixel die beiden größten Ringe auf dem Anzeigebildschirm
einnehmen, das Verhältnis
der Pixel, die die beiden Ringe einnehmen, berechnen und aus diesem
Verhältnis automatisch
die tatsächliche
(kalibrierte) Größe jedes
Rings erstellen. Sobald diese Information bekannt ist, wird die
effektive Größe der Pixel
bei diesem Vergrößerungsgrad
für zukünftige Messungen festgelegt,
und durch Wiederholen des obigen Vorgangs bei jedem Vergrößerungsgrad
wird das Bildverarbeitungs-Messsystem somit richtig kalibriert, ohne
dass es nötig
ist, das Artefakt irgendwann neu anzuordnen oder Größeninformationen
einzugeben.
-
Diese
Erfindung stellt somit ein Kalibrierungsartefakt zum Kalibrieren
eines Bildverarbeitungs-Messsystems zur Verfügung. Das Kalibrierungsartefakt
umfasst ein Substrat und mehrere konzentrische Ringe an einer Oberfläche des
Substrats, wobei jeder Ring von einer unterschiedlichen vordefinierten
Größe ist.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Größenveränderung
von beliebigen zwei benachbarten Ringen von der Größenveränderung von
beliebigen anderen zwei benachbarten Ringen verschieden.
-
Das
Verfahren zur Kalibrierung eines Bildverarbeitungs-Messsystems gemäß dieser
Erfindung beinhaltet das Anordnen eines Kalibrierungsartefakts,
das eine Reihe von konzentrischen Ringen aufweist, unter einer Kamera
des Maschinensichtmesssystems; das Wählen eines Vergrößerungsgrads; das
Messen der Größe eines
allergrößten Rings
in Pixel; das Messen der Größe eines
zweitgrößten Rings
in Pixel; das Vergleichen der Größen; und
das Bestimmen, aus dem Vergleich, des tatsächlichen Durchmessers eines
der Ringe. Jeder Ring ist von einer vorbestimmten unterschiedlichen
Größe, und
die Größenveränderung
von beliebigen zwei benachbarten Ringen ist von der Größenveränderung
zwischen beliebigen anderen zwei benachbarten Ringen verschieden.
Das Verfahren kann ferner das Bestimmen eines ersten Durchschnitts
der gemessenen Größe des allergrößten Rings
in Pixel und der gemessenen Größe des zweitgrößten Rings
in Pixel beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Messen der Größe eines
drittgrößten Rings
in Pixel und das Bestimmen eines zweiten Durchschnitts der gemessenen
Größe des drittgrößten Rings
in Pixel und der gemessenen Größe des zweitgrößten Rings
in Pixel beinhalten. Das Vergleichen kann das Verwenden des ersten und
des zweiten Durchschnitts beinhalten.
-
Typischerweise
ist jeder Ring von einer vorbestimmten unterschiedlichen Größe und die
Größenveränderung
von beliebigen zwei benachbarten Ringen von der Größenveränderung
zwischen beliebigen anderen zwei benachbarten Ringen ist verschieden.
-
Das
Kalibrierungsartefakt beinhaltet vorzugsweise ein Substrat und mehrere
konzentrische Formen (z.B. Ringe) an einer Oberfläche des
Substrats. Jede Form weist eine unterschiedliche vordefinierte Größe auf,
und die Veränderung
zwischen der Größe von beliebigen
zwei benachbarten Formen ist von der Größenveränderung zwischen beliebigen
anderen zwei benachbarten Formen verschieden.
-
Diese
Erfindung stellt auch ein Kalibrierungssystem zur Verfügung, das
ein Kalibrierungsartefakt und einen Softwarealgorithmus beinhaltet.
Das Artefakt beinhaltet ein Substrat und mehrere konzentrische Ringe
an einer Oberfläche
des Substrats. Jeder Ring ist von einer unterschiedlichen vordefinierten Größe, und
die Veränderung
zwischen der Größe von beliebigen
zwei benachbarten Ringen ist von der Veränderung zwischen der Größe von beliebigen
anderen zwei benachbarten Ringen verschieden. Der Softwarealgorithmus
beinhaltet eine Datenbank, die die Größe jedes Rings und Daten enthält, welche
die Größenveränderung
zwischen jedem Paar von benachbarten Ringen widerspiegelt.
-
Das
Verfahren zur Kalibrierung eines Bildverarbeitungs-Messsystems umfasst
das Anordnen eines Kalibrierungsartefakts, das zumindest einen Ring
mit einem inneren und einem äußeren Rand
beinhaltet, unter einer Kamera des Bildverarbeitungs-Messsystems;
das Wählen
eines Vergrößerungsgrads;
das Messen der Größe des äußeren Rands
des Rings in Pixel; das Messen der Größe des inneren Rands des Rings
in Pixel; und das Mitteln der gemessenen Größe des äußeren Rands des Rings und des
inneren Rands des Rings.
-
Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass der Kalibrierungsvorgang weniger
kompliziert, weniger zeitraubend, und weniger fehleranfällig ist.
-
Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass das Kalibrierungsartefakt die
Ausführung
eines weitgehend automatisierten Kalibrierungsvorgangs gestattet.
-
Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass das Erfordernis beseitigt wird,
dass der Techniker das Kalibrierungsartefakt beim Kalibrieren eines
Bildverarbeitungs-Messsystems jedes Mal neu anordnen muss, wenn
ein unterschiedlicher Vergrößerungsgrad
gewählt
wird.
-
Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass die Notwendigkeit für den Techniker
entfällt,
den Durchmesser jedes Kreises auf dem Artefakt einzugeben, wenn
sich der Vergrößerungsgrad ändert.
-
Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass die Auswirkungen eines Überstrahlens
und eines Über- oder
Unterätzens
beseitigt werden.
-
Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den beiliegenden
Zeichnungen, wobei
-
1 eine
schematische Ansicht ist, die die Hauptbestandteile zeigt, die mit
einem typischen Bildverarbeitungs-Messsystem verbunden sind;
-
2 eine
schematische Ansicht eines typischen Kalibrierungsartefakts des
Stands der Technik zum Kalibrieren des in 1 gezeigten
Bildverarbeitungs-Messsystem
ist;
-
3 ein
Ablaufdiagramm ist, das die Hauptschritte darstellt, die mit dem
Kalibrieren des in 1 gezeigten Bildverarbeitungs-Messsystems
unter Verwendung des in 2 gezeigten Kalibrierungsartefakts
verbunden sind;
-
4 eine
schematische Ansicht des Kalibrierungsartefakts der vorliegenden
Erfindung ist;
-
5 ein
Ablaufdiagramm ist, das die Hauptschritte darstellt, die mit dem
Kalibrieren des in 1 gezeigten Bildverarbeitungs-Messsystems
unter Verwendung des in 4 gezeigten Kalibrierungsartefakts
verbunden sind;
-
6 eine
Ansicht eines Abschnitts des Bildschirms des in 1 gezeigten
Bildverarbeitungs-Messsystems ist, wenn das Artefakt von 4 nach
dem in 5 dargestellten Kalibrierungsprogramm verwendet
wird;
-
7 eine
Ansicht eines Abschnitts der Nachschlagetabelle oder der Datenbank
ist, die mit dem Kalibrierungssoftwarealgorithmus der vorliegenden
Erfindung verbunden ist;
-
8 ein
Ablaufdiagramm ist, das die Hauptschritte darstellt, die mit dem
Pixelgrößenunterprogramm
der vorliegenden Erfindung verbunden sind; und
-
9 eine
Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform des Kalibrierungsartefakts
der vorliegenden Erfindung ist.
-
Das
Bildverarbeitungs-Messsystem 10, 1, beinhaltet
eine Videokamera 12, die über einem X-Y-Verschiebungsmechanismus 14 platziert ist,
auf dem ein flaches Teil 16 angeordnet ist. In einigen
Ausführungsformen
verwendet das Bildverarbeitungs-Messsystem keinen X-Y-Verschiebungsmechanismus.
Das Teil 16 beinhaltet zum Beispiel Bohrungen 18, 20 und 22,
die gemessen werden müssen,
bevor das Teil 16 von der Fabrik oder vom Maschinengeschäft versandt
wird. Ein Computer 30 und ein optionaler Computer 32 erhalten
Informationen von der Kamera 12. Eine Steuerung 34 kann
verwendet werden, um den X-Y-Tisch 14 durch Verwendung eines
Steuerknüppels 36 zu
steuern. In anderen Ausführungsformen
wird der Teil nicht bewegt und wird keine Steuerung oder kein X-Y-Verschiebungsmechanismus
benötigt.
Ein Bildschirm 36 des Computers 30 zeigt die Bohrung 20 an,
und die Messsoftware, die sich im Computer 30 befindet,
misst den Durchmesser der Bohrung 20 automatisch und stellt den
Durchmesser in einigen Ausführungsformen
auf einem Bildschirm 40 dar.
-
Durch
Wählen
eines (nicht gezeigten) Menüsymbols
kann der Vergrößerungsgrad
der Kamera 12 verändert
werden, um sowohl große
als auch kleine Merkmale des Teils 16 zu sehen und zu messen.
-
Wie
im obigen Abschnitt bezüglich
des allgemeinen Stands der Technik besprochen, wird das Kalibrierungsartefakt 60, 2,
beim Stand der Technik verwendet, um das System 10 zu kalibrieren.
Das Artefakt 60 beinhaltet beabstandete metallische Kreise und
Quadrate von bekannter Größe, die
auf die obere Fläche
eines Glassubstrats 62 geätzt sind. Das Artefakt 60 weist
ungefähr
die Größe eines
typischen Mikroskopobjektträgers
auf. Der Kreis 64 kann einen Durchmesser von 5 mm aufweisen,
während
der kleinste Kreis (der für
das bloße
Auge unsichtbar ist) einen Durchmesser von nur 0,01 mm aufweisen kann.
Neben jedem Kreis ist sein Durchmesser aufgedruckt, so dass der
Kalibrierungstechniker den Durchmesser des Kreises als Eingabe in
die Kalibrierungssoftware eingeben kann.
-
Beim
Stand der Technik wird die Kalibrierung wie folgt ausgeführt. Zuerst
ordnet der Techniker das Artefakt 60, 2,
auf dem Tisch 14 unter der Kamera 12 an und wählt einen
Vergrößerungsgrad,
Schritt 80, 3. Der Benutzer ordnet das Artefakt 60, 2,
dann so an, dass der größte Kreis
auf dem Artefakt, der durch die Kamera 12 abgebildet werden kann,
auf dem Bildschirm 36, 1, dargestellt
wird, Schritt 82, 3.
-
In
Schritt 84, 3, liest der Techniker den Durchmesser
des Kreises vom Artefakt ab und gibt diese Ablesung als Eingabe
in das Kalibrierungsprogramm, das am Computer 32, 1,
tätig ist,
ein. In Schritt 86 kalibriert das Kalibrierungsprogramm
der Messsoftware, die sich im Computer 32 (und/oder im Computer 30)
befindet, dann automatisch die Pixelgröße für den Bildschirm 36 für den Vergrößerungsgrad,
der in Schritt 80 gewählt
wurde.
-
Das
Bildverarbeitungs-Messsystem 10, 1, des Stands
der Technik, die Messsoftware und ihre zugehörigen Kalibrierungsprogramme,
und das Artefakt 60, 2, sind
von einer Anzahl verschiedener Firmen einschließlich der Anmelderin der vorliegenden
Anmeldung erhältlich.
-
Wie
oben erklärt,
weist das Artefakt 60 gemäß dem Stand der Technik und
das in 3 gezeigte Kalibrierungsverfahren, das mit dessen
Verwendung verbunden ist, eine Reihe von Nachteilen auf. Erstens
müssen
die Schritte 82 bis 86 von 3 für jeden
Vergrößerungsgrad
wiederholt werden, der in Schritt 80 gewählt wird.
Daher ist das Verfahren gemäß dem Stand
der Technik ein mühsamer
und zeitraubender Vorgang, der fehleranfällig ist, wenn der Techniker
eine unrichtige Abmessung eingibt.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile, die mit dem Stand
der Technik verbunden sind, durch die Verwendung eines neuen Artefakts 100, 4, überwunden.
-
Das
Artefakt 100 (das ebenfalls ungefähr die Größe eines Mikroskopobjektträgers aufweist)
umfasst ein Glassubstrat 62. Doch anstelle einer Anzahl von
beabstandeten Kreisen mit unterschiedlichem Durchmesser weist das
Substrat 62 mehrere (z.B. acht) konzentrische Ringe 10 auf,
die typischerweise durch Bilden eines Musters von siebzehn Kreisen, die
abwechselnd gefüllt
werden, was zu einem zentralen inneren Kreis und acht konzentrischen
Kreisen von zunehmendem Durchmesser führt; diese sind auf der Oberfläche 104 aufgebracht
oder in diese hineingeätzt.
-
Jeder
Ring weist einen unterschiedlichen Durchmesser auf. Zum Beispiel
kann der größte Ring einen
Durchmesser von 12,0154 mm und der kleinste Ring einen Durchmesser
von 0,01 mm aufweisen.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Veränderung zwischen dem Innen- oder Außendurchmesser
von beliebigen zwei benachbarten Ringen von der Veränderung
zwischen dem Durchmesser von beliebigen anderen zwei benachbarten
Ringen verschieden. Als erläuterndes
Beispiel ist der Größenunterschied
zwischen den beiden größten Kreisen somit
12,015 : 9,328 oder 129%, während
der Größenunterschied
zwischen den nächsten
beiden kleineren Kreisen 9,328 : 7,140 oder 131% ist. Der Größenunterschied
zwischen den beiden kleinsten Kreisen ist 0,025 : 0,010 oder 250%,
und der Größenunterschied
zwischen den nächsten
beiden größeren Ringen
ist 0,0523 : 0,025 oder 208%.
-
Da
des Verhältnis
der Größenveränderung zwischen
beliebigen zwei benachbarten Ringen eine dimensionslose Zahl ist,
und da die Größenveränderung
zwischen jedem beliebigen Paar von benachbarten Ringen von vornherein
immer unterschiedlich ist, können
die Daten der Größenveränderung
verwendet werden, um das Bildverarbeitungs-Messsystem 10, 1,
schneller und automatischer zu kalibrieren.
-
Das
speziell gestaltete Artefakt 100, 4, wird
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
und einem wie im Ablaufdiagramm von 5 gezeigten neuen
Kalibrierungsunterprogramm verwendet.
-
In
Schritt 120 werden die konzentrischen Kreise des Artefakts 100, 4,
unter der Kamera 12, 1, angeordnet.
Der Benutzer wählt
als nächstes
den Vergrößerungsgrad,
Schritt 122, und beginnt das Kalibrierungsprogramm, um
die Pixelgröße zu berechnen,
Schritt 124.
-
Wie
in 6 gezeigt ist der gewählte Vergrößerungsgrad ziemlich gering,
so dass der zweit- und der drittgrößte Ring auf dem Bildschirm 36, 1,
erscheinen. Der größte Ring,
der Ring 127, der einen Durchmesser von 12,010 mm aufweist,
kann durch die Kamera 12 nicht vollständig abgebildet werden. Der
Ring 126 (der vollständig
abgebildet werden kann) weist einen Durchmesser von 9,328 mm auf, und
der Ring 128 weist einen Durchmesser von 7,140 mm auf,
jedoch muss diese Information dem Techniker nicht bekannt sein und
muss nicht als Eingabe in die Kalibrierungssoftware eingegeben werden.
-
Statt
dessen misst die Kalibrierungssoftware automatisch den größten Ring 126 (in
Pixel), Schritt 160, 8, und misst
sie automatisch den nächsten kleineren
benachbarten Ring 128, 6, (in Pixel), Schritt 162, 8.
Aus Genauigkeitsgründen
werden die größten Ringe,
die bei einem gegebenen Vergrößerungsgrad
durch die Kamera abgebildet werden können, für die Messung gewählt, da
beim gewählten Vergrößerungsgrad
die größten Ringe,
die gesehen werden können,
wie in 6 gezeigt die meisten Pixel unterbringen werden.
-
Als
nächstes
wird das Verhältnis
der Pixelgrößen der
Ringe 126 und 128, 6, berechnet, Schritt 164, 8.
In diesem Fall beträgt
das Verhältnis
400 : 305,3 oder 131%.
-
Da
dieses Verhältnis
eine dimensionslose Zahl ist und die Größenveränderung zwischen zwei benachbarten
Ringen widerspiegelt, kann das Verhältnis dann durch die Kalibrierungssoftware
genau verwendet werden, um die Größe des Rings 126 zu bestimmen,
da, wie oben beschrieben, keine zwei benachbarten Ringe die gleiche
Größenveränderung aufweisen.
Daher wird das berechnete Verhältnis
in Schritt 166, 8, mit den Verhältnissen
verglichen, die in der Nachschlagetabelle oder Datenbank 200, 7,
gespeichert sind, welche als Teil der Kalibrierungssoftware programmiert
ist und Durchmesserinformationen für jeden Ring, in diesem Beispiel
die Größe des Rings 126, 6,
beinhaltet.
-
Dann
wird das Kalibrierungsprogramm gemäß dem Stand der Technik begonnen,
Schritt 170, 8, und der Techniker wählt danach
den nächsten Vergrößerungsgrad,
Schritt 122, 5.
-
Auf
diese Weise muss der Techniker das Kalibrierungsartefakt niemals
neu anordnen, und muss er niemals die Größe irgendeines Rings eingeben, wodurch
die Schritte 82 bis 84, 3, der Methodologie
des Stands der Technik, die das Artefakt 60, 2,
des Stands der Technik verwendet, beseitigt werden. Statt dessen
wird das Artefakt 100, 4, einmal
unter der Kamera angeordnet und der Techniker wählt dann einfach verschiedene
Vergrößerungsgrade,
wie bei den Schritten 122 bis 124, 5,
gezeigt ist.
-
Im äußerst vereinfachten
Beispiel, das in 6 und 7 gezeigt
ist, nimmt der Ring 126 400 Pixel ein, der Ring 128 305,3
Pixel. Daher beträgt
das Verhältnis
in Schritt 164 1,31. Doch dies ist auch das Verhältnis des
tatsächlichen
Durchmessers des Rings 128 im Vergleich zum tatsächlichen
Durchmesser des Rings 126 (9,328 : 7,140). Solange keine zwei
benachbarten Ringe in der Datenbank von Ringgrößen und Verhältnissen
die gleiche Größenveränderung
wie beliebige andere zwei benachbarte Ringe aufweisen, wird die
Kalibrierungssoftware daher stets in der Lage sein, die Größe des größten Rings, der
auf den Bildschirm passt, automatisch zu bestimmen und diese Information
automatisch als Eingabe an das Kalibrierungsprogramm bereitzustellen,
anstatt zu erfordern, dass der Benutzer diese Information wie nach
dem Stand der Technik gezeigt in Schritt 86, 3,
manuell eingibt. Fachleute werden verstehen, dass sogar der kleinste
Ring in 6 viele Pixel einnehmen wird,
und dass das Beispiel von 6 daher
nur zu Erläuterungszwecken
dient.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet eine Vorlage 100', 9,
einen Ringsatz 102 und wie mit 180 und 182 gezeigte
zusätzliche
Artefakte, die kein Teil der gegenständlichen Erfindung sind. Der
Ringsatz 102 könnte
jedoch durch konzentrischen Formen von unterschiedlichen Größen ersetzt
oder ergänzt
werden.
-
Wie
im obigen Abschnitt bezüglich
des Stands der Technik beschrieben ist, es bei der Verwendung einer
Videoeinrichtung zur Vermessung von Gegenständen sehr wichtig, dass die
Beleuchtung richtig ist. Es ist möglich, durch Übersättigung des
Bilds eine Verzerrung des Bilds einzubringen. Wenn eine derartige Übersättigung
auftritt, scheinen die dunklen Teile des Bilds zu schrumpfen und
die hellen Teile zu wachsen. Ein Ausdruck dafür lautet "Überstrahlen". Übermäßiges Licht
von einem Rand im Bild greift auf dunkle Pixel über, und diese beginnen, als
weiß erfasst
zu werden. Extreme Fälle
einer Überbelichtung
werden durch eine Bedienungsperson leicht festgestellt, doch wenn
zur Genauigkeit eine Subpixel-Unterteilung erfolgt, können feine
Auswirkungen eines Überstrahlens
die Messungen ernsthaft beeinflussen. Es ist äußerst wichtig, diese Auswirkungen
auf ein Mindestmaß zu
verringern, wenn ein System kalibriert wird.
-
Ein
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der dazu bestimmt ist,
diese Auswirkung auf ein Mindestmaß zu verringern, ist die Verwendung des
Ringsatzes 102, 9. Es wird die Größe des äußeren Rands 202 des
Rings 204 gemessen, und dann die Größe des inneren Rands 206 des
Rings 204 gemessen. Dann wird der Durchschnitt der beiden
Messungen verwendet. Wenn ein Überstrahlen die
Messung beeinflusst, wird das Ergebnis das Bewegen des äußeren Rands 202 in
die entgegengesetzte Richtung der Bewegung des inneren Rands 206 des
Rings 204 sein. Das Verwenden der Durchschnittsmessung
löscht
die Auswirkung des Überstrahlens
wirksam aus. Diese Technik funktioniert an dunklen Ringen oder an
hellen Ringen, da die Auswirkung die gleiche ist, nur in unterschiedlichen
Richtungen.
-
Daher
wird in einer anderen Ausführungsform
der größte Kreis,
der in das Sichtfeld passt, gemessen, und der zweitgrößte Kreis
gemessen. Die Ergebnisse werden gemittelt. Als nächstes wird der drittgrößte Kreis
gemessen und mit dem zweitgrößten gemittelt.
Diese beiden gemittelten Messungen werden dann zum Nachschlagen
der Größe und zur tatsächlichen
Kalibrierung verwendet.
-
Bei
diesem Verfahren besteht noch ein anderer Vorteil, der mit der Herstellbarkeit
des Artefakts 100' verbunden
ist. Die Verhältnisse,
die für
die Größe der Ringe
verwendet werden, sind keine einfache Progression. Dies liegt daran,
dass die Herstellungsveränderlichkeit
des Artefakts und die Genauigkeit der Pixelmessungen wie folgt gegeneinander
spielen. Wie im obigen Abschnitt bezüglich des allgemeinen Stands
der Technik beschrieben ist die Pixelauflösung klein (kann eine Stelle
von 10 Mikrometer den Rahmen ausfüllen), wenn die Kreise mit
der kleinsten Größe in Verwendung
stehen (bei einer hohen Vergrößerung).
Die Auswirkung einer um einen Mikrometer abweichenden Herstellung
des Artefakts ist viel größer als
jene der um ein Pixel abweichenden Messung. Wenn die Pixel andererseits
groß sind
(geringe Vergrößerung),
ist die Auswirkung der um ein Pixel abweichenden Messung viel größer als
jene der um einen Mikrometer abweichenden Herstellung. Der Vorteil
der Verwendung des Durchschnittsverfahrens ist, dass es auch das
typische Problem der Herstellung dieser Art von Artefakten auslöscht. Dieses Problem
wird "Über- oder
Unterätzung" genannt. Das Muster
ist mit hoher Reproduzierbarkeit festgelegt, doch dann wird das
Chrom weggeätzt.
Wenn das Artefakt zu lange in der Ätz-Lösung belassen wird, werden
die Chromkreise an der Außenabmessung
kleiner und an der Innenabmessung größer sein. Diese Auswirkung
ist dem Überstrahlen
sehr ähnlich,
und wird durch Verwenden des obigen Messalgorithmus korrigiert.
-
Obwohl
bestimmte Merkmale der Erfindung in einigen Zeichnungen gezeigt
sind, und in anderen nicht, dient dies nur der besseren Veranschaulichung,
da jedes Merkmal mit jedem beliebigen oder allen anderen Merkmalen
nach der Erfindung kombiniert werden kann. Außerdem sollen die Worte "beinhalten", "umfassen", "aufweisen" und "mit", wie sie hier verwendet
werden, allgemein und umfassend ausgelegt werden, und sind sie nicht
auf irgendeine physische Verbindung beschränkt. Überdies sollen jedwede Ausführungsformen,
die in der gegenständlichen
Anmeldung offenbart sind, nicht als die einzig möglichen Ausführungsformen
aufgefasst werden. Daher werden ergeben sich für den Fachmann auch andere
Ausführungsformen
einfallen, die unter die folgenden Ansprüche fallen.