3. Vorlesung

1. 3. Vorlesung Messobjekte & optische Messungen,Abbildungen & Beleuchtungen Koordinatensysteme& Messwertverarbeitung Prof. Dr. Dietrich Hofmann STZ QQ Jena

2. Lernziele

3. Gliederung 1. Welche Messaufgaben können durch OKM gelöst werden? 2. Welchen Einfluss hat die Strahlenoptik auf das Objektbild? 3. Welchen Einfluss hat die Beleuchtung auf das Objektbild? 4. Wie sieht eine CCD-Kamera die Kanten? 5. Was ist Messen am Bild und Messen im Bild? 6. Was sind Pixel- und Subpixel-Auflösung beim Messen? 7. Welche Koordinatensysteme werden verwendet? 8. Was ist das Wesen der optischen Koordinatenmesstechnik? 9. Welche Datensätze werden als Vergleichsgrößen verwendet?

4. 1. Welche Messaufgaben könnendurch OKM gelöst werden?

5. 1.1 Bauteilvermessung

6. 1.2 Merkmalserkennung

7. 1.3 Mustervergleich

8. 1.4 Anwesenheitskontrolle

9. 1.5 Welche Messstrategie ist für OKM typisch? Anwesenheitsprüfung von Steckerstiften 1. Bild aufnehmen 2. Bild referenzieren 4. Bild segmentieren 3. Bild binarisieren Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

10. 2. Welchen Einfluss hat die Stahlenoptik auf das Objektbild? B. Dicke Linsen Glasdicke < Brennweite A. Dünne Linsen Glasdicke << Brennweite A. Lichtbrechung formal nur an der Linsenoberfläche B. Lichtbrechung formal in der Linse und an der Linsenoberfläche Bilder: CD-ROM Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works 2002

11. 2.1 Wie hängt die Objektbildgröße vom Objektabstand ab? g Gegenstandsweite b Bildweite Bilder: CD-ROM Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works 2002

12. 2.2 Wie wirken Linsenformenauf die Abbildung ein? a) bis d) virtuelle Abbildungen, e) reelle Abbildung, f) Abbildung nach unendlich, g) virtueller Objektpunkt O' mit reeller Abbildung nach O'' Bilder: Gottfried Schröder, Technische Optik, Grundlagen & Anwendungen, 8. Aufl., Würzburg: Vogel 1998

13. 2.3 Welche Objektbildverzeichnungenkönnen Linsen verursachen? Kissen Tonne Original Abweichungsursache: Unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe für verschiedene Bildwinkel. Abweichungskorrektur: Verwendung von Linsensystemen. Bilder: CD-ROM Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works 2002

14. 2.4 Warum werden Objektbild-unschärfen von Linsen verursacht? Abweichungsursache: Brechung im Randbereich stärker als in der optischen Achse. Abweichungskorrektur: Ausblenden des Randbereiches. Bild: CD-ROM Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works 2002

15. 2.5 Wie äußert sich die Bildfeldwölbung? links unkorrigierte Bildfeldwölbung, rechts korrigierte Bildfeldwölbung durch Fouriertransformation, Entfernung der niederfrequenten Anteile und anschließende Fourierrücktransformation Bilder: http://www.czapek.de/rosa/semi/bildfeld.html

16. 2.6 Messung von Bildfeldwölbungen Bilder: OKM GmbH Jena

17. 2.7 Welchen Einfluss hat die Sinus-bedingung auf die Bildunschärfe? Bei Einhaltung der Abbeschen Sinusbedingung verschwinden die Öffnungsfehler (Aperturfehler, Unschärfen) ß' Abbildungsmaßstab Alle schiefen β’ Werte müssen gleich dem paraxialen β’ Wert sein, damit der Abbildungsmassstab unabhängig von der Zonenhöhe h ist. Bild: Gottfried Schröder, Technische Optik, Grundlagen & Anwendungen, 8. Aufl., Würzburg: Vogel 1998 ,

18. 2.8 Welchen Einfluss haben Öffnungs- (Apertur-) & Feldblenden? Die Linsenfassung schränkt den Öffnungswinkel des Strahlen-bündels ein und bestimmt damit die Öffnung (Apertur) des Bündels Bild: Gottfried Schröder, Technische Optik, Grundlagen & Anwendungen, 8. Aufl., Würzburg: Vogel 1998 ,

19. 2.9 Was unterscheidet Standard- von Telezenter-Objektiven? Telezenter-Objektiv Standard-Objektiv Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

20. Abbildung mit Standard-Objektiv Originalteil Abbildung mit Telezenter-Objektiv Originalquerschnitt 2.10 Welchen Einfluss hat die Art des Objektivs auf die Objektbildverschiebung? Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

21. 3. Welchen Einfluss hat die Beleuchtung auf das Objektbild? Bild: OKM GmbH Jena

22. 3.1 Wie funktionieren die einzelnen Beleuchtungsverfahren? Bild links: Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann. Multisensor-Koordinatenmesstechnik. Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Landsberg/Lech: verlag moderne indsutrie 2003 Bild rechts: Gottfried Schröder, Technische Optik, Grundlagen & Anwendungen, 8. Aufl., Würzburg: Vogel 1998 ,

23. 3.2 Welchen Einfluss hat Auflichtbeleuchtung? Gerichtetes Auflicht Diffuses Auflicht Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

24. 3.3 Welchen Einfluss hat Durchlichtbeleuchtung? Standard-Durchlicht Telezenter-Durchlicht Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

25. 3.4 Was ist Zooming? Bild: Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann. Multisensor-Koordinatenmesstechnik. Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Landsberg/Lech: verlag moderne indsutrie 2003

26. 3.5 Was ist Autofocus? Bild: Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann. Multisensor-Koordinatenmesstechnik. Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Landsberg/Lech: verlag moderne indsutrie 2003

27. 4. Wie sieht eine CCD-Kamera die Kanten? Bilder: OKM GmbH Jena

28. 4.1 Welchen Einfluss haben scharfe und angeschrägte Kanten? Bilder: CD-ROM Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works 2002

29. 4.2 Welchen Einfluss haben abgerundete Kanten und Mehrpunkt- beleuchtung? Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

30. 4.3 Welchen Einfluss hat Linienbeleuchtung? Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

31. 4.4 Welchen Einfluss hat Polarisationsbeleuchtung? Auflicht Durchlicht Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

32. 5. Was ist Messen am Bildund Messen im Bild? Die Messung des Abstandes d1 ist Messung am Bild. Die Messung des Abstandes d2 ist Messung im Bild. Bild: Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann. Multisensor-Koordinatenmesstechnik. Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Landsberg/Lech: verlag moderne indsutrie 2003

33. 6. Was sind Pixel- und Subpixel-Auflösung beim Messen? Originalbild (links) und Digitalbild (rechts) einer Bohrung Bild: Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann. Multisensor-Koordinatenmesstechnik. Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Landsberg/Lech: verlag moderne indsutrie 2003

34. 6.1 Wirkungsweise der Subpixelverfahren Verwendung von Pixelwerten (links) und von rechnerischenAusgleichswerten beispielsweise Mittelwerten (rechts) Bild: Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann. Multisensor-Koordinatenmesstechnik. Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Landsberg/Lech: verlag moderne indsutrie 2003

35. 6.2 Zusätzlicher Ausgleich durch Nutzung von a-priori Information Die Messwerte werden aufgrund von Vorinformation auf Ausgleichskreis getrimmt Bild: Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann. Multisensor-Koordinatenmesstechnik. Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Landsberg/Lech: verlag moderne indsutrie 2003

36. 6.3 Wofür werden mathematische Tiefpassfilter verwendet? Tiefpassfilter schwächen rechnerisch Schwarz-Weiss-Übergänge Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

37. 6.4 Wofür werden mathematische Hochpassfilter verwendet? Hochpassfilter verstärken rechnerisch Schwarz-Weiss-Übergänge Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

38. 6.5 Wofür werden mathematische Laplacefilter verwendet? Laplacefilter verstärken rechnerisch Konturenverläufe Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

39. 6.6 Wofür werden mathematische Sobelfilter verwendet? Sobelfilter verstärken rechnerisch Umrissverläufe Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

40. 6.7 Was wird unterBildarithmetik verstanden? Bildarithmetik ist ein anderes Wort für Merkmalsfilterung Bilder: Nais Vision Systeme. Matsushita Electric Works CD-ROM 2002

41. 7. Welche Koordinatensysteme werden verwendet? Bilder: Sebastian Beetz, Robert Roithmeier, Albert Weckenmann: Ausbildungskonzept Koordinaten- messtechnik – AUKOM. CD-ROM 81-01. Frankfurt, Erlangen FQS, DQS, QFM 2002

42. Diese Komponenten sind: 7.1 Wie werden die Koordinaten-systeme technisch realisiert? MKS Maschinenkoordinatensystem WKS Werkstückkoordinatensystem

43. 7.2 Wo liegen die Maßverkörperungen?

44. 7.3 In welche Richtungen weisen die x-, y- & z-Achse? Rechte Hand Regel

45. 7.4 Was ist Translation, Rotation und Transformation? Translation + Rotation = Transformation Bilder: Sebastian Beetz, Robert Roithmeier, Albert Weckenmann: Ausbildungskonzept Koordinaten- messtechnik – AUKOM. CD-ROM 81-01. Frankfurt, Erlangen FQS, DQS, QFM 2002

46. 7.5 Was sind Zylinder- und Kugel- Koordinatensysteme KS Bilder: Sebastian Beetz, Robert Roithmeier, Albert Weckenmann: Ausbildungskonzept Koordinaten- messtechnik – AUKOM. CD-ROM 81-01. Frankfurt, Erlangen FQS, DQS, QFM 2002

47. 8. Was ist das Wesen der optischen Koordinatenmesstechnik? Das Wesen der optischen Koordinatenmesstechnik besteht darin, dass durch das Messen von Punkten (Messpunkten, Antastpunkten) geometrische Elemente erkannt und deren Maß, Form und Lage im Koordinatensystem ermittelt werden kann. Dies geschieht durch Programmsysteme (software), die mathematische Verknüpfungen zwischen den Punkten herstellen. Bilder: Sebastian Beetz, Robert Roithmeier, Albert Weckenmann: Ausbildungskonzept Koordinaten- messtechnik – AUKOM. CD-ROM 81-01. Frankfurt, Erlangen FQS, DQS, QFM 2002

48. 8.1 Wie lassen sich Standard-Geometrieelemente mathematisch beschreiben? Bilder: Sebastian Beetz, Robert Roithmeier, Albert Weckenmann: Ausbildungskonzept Koordinaten- messtechnik – AUKOM. CD-ROM 81-01. Frankfurt, Erlangen FQS, DQS, QFM 2002

49. 9. Welche Datensätze werden als Vergleichsgrößen (Messnormale) für Produktmessungen verwendet? Bilder:Innovation SPEZIAL Messtechnik 5, Carl Zeiss, 2003

50. 10. Zusammenfassung