Zentrum für Sensorsysteme Projektbereich 5 "Anwendung von Sensoren in der Fertigungstechnik" Univ.-Prof. Dr.-Ing. Peter Scharf

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1 UNIVERSITÄT SIEGEN Zetrum für Sesorssteme Projektberech 5 "Awedug vo Sesore der Fertgugstechk" Uv.-Prof. Dr.-Ig. Peter Scharf Utersuchug des Eflusses vo Algorthme auf de Messuscherhet be der D-Geometremessug Dplomarbet vo Mchael Lauber Matrkel-Nr Betreuer: September Uv.-Prof. Dr.-Ig. Peter Scharf Dpl.-Ig. Aleader Ohl Dpl.-Ig. Jörg Semmler Ihalt ud Ergebsse deser Arbet sd ausschleßlch für de tere Gebrauch bestmmt. Alle Urheberrechte lege be der Uverstät Sege. Ohe Geehmgug der Urheber m Zetrum für Sesorssteme st es cht gestattet, dese Arbet oder Tele daraus a Drtte weterzugebe.

2 Ihaltsverzechs I Ihaltsverzechs Formelverzechs...IV Eletug ud Aufgabestellug... Aufbau ees Bldverarbetugssstems.... Beleuchtug.... Kameraobjektv ud CCD-Kamera Framegrabber Auswertesoftware Aufbau ud Fuktoswese der realserte Software Messabwechug ud Messuscherhet be der D-Geometre- messug... 5 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems Justerug des Messsstems Softwaretool zur Kotrolle der Justerug Kalbrerug des Messsstems Geometrsche Verzechugskorrektur der Kameraobjektve ud Trasformato vo Pel- Weltkoordate Katekorrektur Methode zur Objekterkeug Suchstrahle zur Objekterkeug Fuktoswese schwellwertbaserter Suchstrahle be deale Blddate Uterdrückug vo Störpels ud Pseudokate be cht deale Blddate Rak-Value-Flter Vorzecheverfahre Erwetertes Schwellwertverfahre... 3

3 Ihaltsverzechs II 6. Objekterkeug uterschedlcher Geometre mt Hlfe vo Suchstrahle Objekterkeug vo rude Prüfobjekte Objekterkeug vo rechteckge Prüfobjekte Subpelgeaue Katedetekto Problematk der cht äqudstate Pelabstäde Iterpolato der Grauwerte durch Parallelverschebug Gradet etlag eer Ataststrecke Gradetebestmmug mttels eer Regressosgerade Utersuchte Subpelverfahre Schwellwertverfahre mt learer Iterpolato Gradeteverfahre mt kubscher Iterpolato Verfahre der fotometrsche Mtte Modellappromato Appromato eer Ausglechsgerade ach dem Przp der kleste Fehlerquadrate Modellappromato ees Rechtecks mt Hlfe der Ausglechsgerade etlag der Objektkate Appromato ees Ausglechskreses ach dem Przp der kleste Fehlerquadrate Appromato eer Ellpse Epermetelle Utersuchuge Efluss der Subpelalgorthme auf de Messuscherhet be edmesoaler Atastug Efluss der cht äqudstate Pelabstäde auf de Messuscherhet be der Messug rechteckger Prüfobjekte Zusammefassug ud Ausblck Lteraturverzechs Ahag Istallatosaletug der etwckelte Software... 8

4 Ihaltsverzechs III. Bedeugsaletug der etwckelte Messsoftware Auswahl des Programmmodus Kalbrerug ud Kameratalserug Auswahl der Messalgorthme Äderug der Messparameter Specher vo Messdate ud Kamerablder Grauwertaalse Pelvertelug be der Atastug ruder Prüfobjekte Bedeug des Softwaretools zur Justerug des Messsstems Das Lade häufg verwedeter Blddate Bedeugsaletug der Software zur Kalbrerug des Messsstems. 89

5 Formelverzechs IV Formelverzechs A a, a B Istwertmatr Halbachse eer Ellpse Sollwertmatr B Sollwertmatr ach eer Rotato B B B m b D D, D D DO E st E soll G skalerte Sollwertmatr ach eer Rotato skalerte Sollwertmatr ach eer Rotato ud Traslato mttlere Brete ees Rechtecks -Koordateabschtt eer Gerade Devatosmatr - ud -Kompoete der Devatosmatr Vorzechefolge des Vorzecheverfahres Drop Out des Vorzecheverfahres Messergebs vor der Katekorrektur Messergebs ees übergeordete Messsstems mttlerer Grauwert g(,) Grauwert a der Stelle (, ) g() g va g vb g sub K, K K K K m k, k L m Grauwertverlauf Grauwertveau vor eer Objektkate Grauwertveau ach eer Objektkate terpolerter Grauwert a eer Subpelposto Korrekturwertmatrze Katekorrekturwert mmale Kateläge Verzechugskorrektur - ud -Rchtug mttlere Läge ees Rechtecks

6 Formelverzechs V M m OB P R R r S j SD s t th th d U u K p sub w p w sub Mttelpukt Stegug eer Gerade Objektkateläge bem Vorzecheverfahre Koturpukt Rotatosmatr Rag des Rak-Value-Flters Radus Schttpukt zweer Gerade Grauwertdfferez bem Vorzecheverfahre Stadardabwechug eer Wederholmessrehe Verschebugsvektor Schwellwert damscher Schwellwert erweterte Stadarduscherhet Stadarduscherhet -Posto m Kamerabld -Koordate des Kres- ud Ellpsemttelpuktes Kateposto pelgeaue -Postto Subpelatel -Rchtug -Posto Weltkoordate -Posto m Kamerabld -Koordate des Kres- ud Ellpsemttelpuktes pelgeaue -Posto -Posto Weltkoordate Subpelatel -Rchtug

7 Formelverzechs VI a a d g g() δ f κ Oreterug rechteckger Prüfobjekte damscher Schwellwertfaktor quadratsche Summe der relatve Abstäde Grauwertgradet Gradeteverlauf relatver Abstad Rotatoswkel Skalerugsfaktor? Justerugsfehler

8 Eletug ud Aufgabestellug Eletug ud Aufgabestellug De dustrelle Bldverarbetug hat vele Techologe- ud Wsseschaftsbereche we z.b. der Bologe, der Fererkudug, der medzsche Dagostk ud sbesodere der dustrelle Güterprodukto aufgrud hrer velsetge Esatzmöglchkete Ezug gehalte. Das größte Esatzgebet der dustrelle Bldverarbetug legt heutzutage der Prüfug vo Güter der Masseprodukto bezüglch dere Vollstädgket, Oberflächequaltät ud Maßhaltgket. Zur automatserte vsuelle Kotrolle der Maßhaltgket werde zuehmed Prüfautomate zur D-Geometremessug egesetzt. De Prüfug erfolgt dabe durch ee geometrsche Werkstückmessug ud dem aschleßede Verglech mt de vorgegebee Toleraze des Fertgugsprozesses. Da das utzbare Tolerazfeld ees Werkstücks ach DIN 453 durch de Messuscherhet des Prüfautomate reduzert wrd, besteht her das Bestrebe ach mmer präzsere Messssteme, was de Esatz städg verbesserter Techologe fordert. So wrd cht zuletzt durch de rasat astegede Recherlestug der Esatz kompleer Algorthme be der D-Geometremessug, selbst be kurze Prüfzkle möglch. Der Efluss der Algorthme auf de Messuscherhet ees Messsstems soll m Rahme deser Dplomarbet utersucht werde. Herzu wrd zuächst ee Softwarebblothek zur D-Geometremessug vo geometrsch efache Prüftele etwckelt. Der Aufbau eer Bldverarbetugssoftware zur D-Geometremessug lässt sch geerell de Bereche Kalbrerug des Messsstems, Objekterkeug, subpelgeaue Katedetekto ud Modellappromato gleder. Spezell für de Aufgabe der subpelgeaue Katedetekto solle uterschedlche Lösuge realsert ud weteretwckelt werde. Das Zusammespel der ezele Kompoete der Software soll zudem so kozpert se, dass uterschedlche Algorthme der jewelge Aufgabebereche ohe größere Aufwad de Softwarebblothek egebude oder ausgetauscht werde köe. Abschleßed soll de Lestugsfähgket der etwckelte Algorthme sowe dere Efluss auf de Messuscherhet ees Prüfautomate zur D-Geometremessug emprsch ahad uterschedlcher Versuchsaorduge utersucht werde.

9 Aufbau ees Bldverarbetugssstems Aufbau ees Bldverarbetugssstems Bldverarbetugsssteme behalte das Zusammespel veler Kompoete, welche für de Umsetzug eer Prüfaufgabe optmal aufeader egestellt werde müsse. Dese Kompoete köe folgede Fuktosgruppe gegledert werde: Beleuchtug Kameraobjektv ud CCD-Kamera Framegrabber Auswertesoftware Abbldug. zegt de przpelle Aufbau ees Bldverarbetugssstems mt de obe geate Fuktosgruppe. Beleuchtug Kamera ud Objektv Framegrabber PC mt Bldverarbetugssoftware Prüfobjekt techsche Nutzug des Resultates Abbldug.: Przpeller Aufbau ees Bldverarbetugssstems. Beleuchtug De Beleuchtug hat etschedede Efluss auf de Darstellugsqualtät ud somt auch auf de Lestugsfähgket ees Bldverarbetugssstems. De Auswahl der rchtge Beleuchtug st deshalb ee wchtge Voraussetzug für de erfolgreche Esatz vo Bldverarbetugsssteme. Grudsätzlch wrd dabe zwsche dre Arte der Beleuchtug uterschede, der Auflchtbeleuchtug, der strukturerte Beleuchtug ud der Durchlchtbeleuchtug, sehe Abbldug..

10 Aufbau ees Bldverarbetugssstems 3 Beleuchtugsarte Strukturerte Beleuchtug Auflchtbeleuchtug Durchlchtbeleuchtug dffuses Auflcht dffuses Auflcht Lchtschtt telezetrsches Durchlcht gerchtetes Auflcht Hellfeld gerchtetes Auflcht Dukelfeld dffuses Durchlcht dffuses Durchlcht Abbldug.: Schematsche Darstellug der grudsätzlche Beleuchtugsmethode ees Bldverarbetugssstems Be der Auflchtbeleuchtug befdet sch de Lchtquelle ud de Kamera auf der gleche Sete des Prüfobjekts. Es wrd folglch ur das reflekterte ud gestreute Lcht ausgewertet. De Auflchtbeleuchtug eget sch z.b. zur Detekto vo Oberflächefehler we Kratzer ud Vertefuge, de sch mest deutlch vo sost homogee Fläche abhebe. Wrd das reflekterte Lcht ausgewertet, so sprcht ma vo Hellfeldbeleuchtug. Be eer Auswertug des gestreute Lchts sprcht ma vo Dukelfeldbeleuchtug.

11 Aufbau ees Bldverarbetugssstems 4 Vo strukturerter Beleuchtug sprcht ma, we e Prüfobjekt mt eem bestmmte Wkel zur Lchtquelle gerchtet beleuchtet wrd. Dese gerchtete Beleuchtug ka zur Detekto vo Oberflächefehler, de sch geometrsch vo der fehlerfree Oberfläche ees Prüftels abhebe, verwedet werde. E weteres tpsches Verfahre deser Beleuchtugsart st das sogeate Lchtschttverfahre, welches häufg zur Utersuchug der Höheformatoe vo 3D- Objekte egesetzt wrd. Be der Durchlchtbeleuchtug befdet sch das Prüfobjekt zwsche Lchtquelle ud Kamera. Bldaufahme mt Durchlchtbeleuchtug sd sehr kotrastrech, wobe sch das Prüfobjekt als dukler Schatte vom Htergrud abhebt. Dese Beleuchtugsmethode eget sch vor allem zur Koturerkeug ud zur D- Geometremessug. Dabe wrd zwsche telezetrscher ud dffuser Durchlchtbeleuchtug uterschede.. Kameraobjektv ud CCD-Kamera Objektve habe de Aufgabe das vo der Oberfläche der Prüfobjekte reflekterte Lcht auf dem Bldwadler der CCD-Kamera abzublde. Das Objektv bestmmt de Größe des abgebldete Ausschtts ud damt das Auflösugsvermöge des Bldverarbetugssstems. Egetelt werde de Objektve ach hrem Strahlegag Stadardobjektve ud telezetrsche Objektve. Bem Esatz zur Geometremessug sollte ur telezetrsche Objektve verwedet werde. Telezetrsche Objektve sorge dafür, dass Verschebuge der z-ebee ur gerge Veräderuge vo Messgröße der --Ebee zur Folge habe [Bauer ]. I Bldverarbetugsssteme werde vorweged CCD-Kameras (Charge Couple Devce) egesetzt. CCD-Kameras zeche sch durch sehr gute Bldgeometre ud hohe Lchtempfdlchket (< lu) aus. Etspreched hrem Aufbau wrd zwsche Matrkameras, de das Bld als Fläche mt ca. 5 bs 4 Pels aufehme ud Zelekameras, de zelewese ca. bs 8 Pels aufehme, uterschede. Häufg werde Progressve Sca-Flächekameras egesetzt, de cht a de Vdeoorm gebude sd ud de Ausgabe der Blddate eem Vollbld erlaube. Dese Kameras köe auch bewegte Objekte ohe Be-

12 Aufbau ees Bldverarbetugssstems 5 wegugsuschärfe erfasse, we de Belchtugszet etspreched kurz gewählt wrd. Im Gegezug muss da allerdgs de Itestät der Beleuchtug erhöht werde [Bauer ]. Be Kameras mt eer dgtale Schttstelle werde berets der Kamera de aaloge Werte jedes Sesorelemets dgtale Werte umgesetzt. Des erhöht de Uempfdlchket gegeüber Störuge ud ermöglcht damt auch lägere Letugswege zwsche Kamera ud Auswerteelektrok. Nebe de CCD-Kameras werde der dustrelle Bldverarbetug auch zuehmed CMOS-Kameras (Complemetar Metal Ode Semcoductor) egesetzt. Dese Techologe ermöglcht de Itegrato vo CMOS-Sesore zusamme mt Bldverarbetugsfuktoe auf eem Chp. Werde qualtatv hochwertge Aufahme, we z.b. be eer eakte Geometreprüfug beötgt, so sd jedoch de CCD-Kameras de CMOS-Kameras vorzuzehe [Lkema ]..3 Framegrabber Framegrabber sd Esteckkarte für de PC, de zur Übertragug des Vdeosgals vo der CCD-Kamera a de Auswerterecher verwedet werde. Abhägg davo, ob aaloge oder dgtale Vdeosgale verarbetet werde, müsse uterschedlche Framegrabber egesetzt werde. Weterh wrd zwsche Framegrabber mt tegrertem Blddatespecher ud ohe egee Blddatespecher uterschede. Be Framegrabber ohe Blddatespecher werde vom Auswerterecher bestmmte Bereche des Hauptspechers für das Specher der Blddate zur Verfügug gestellt. Der Blddatespecher des Framegrabbers st, vor allem be hohe Bldaufahmefrequeze, für de glechzetge Auswertug der aktuelle Blddate ud der Specherug der Date des ächste Bldes otwedg. Es wrd außerdem zwsche Framegrabber mt eem zeleschroe ud eem pelschroe Bldezug uterschede. Bem zeleschroe Bldezug wrd de Posto der zu übertragede Bldpukte emal für jede Zele m Kamerabld kotrollert. Be Messssteme zur Geometremessug werde jedoch mest Framegrabber mt eem pelschroe Bldezug verwedet. Deser gewährlestet, dass bem Ablege der Blddate m Specher m Gegesatz zum Ze-

13 Aufbau ees Bldverarbetugssstems 6 leschroe Bldezug de Übertragug jedes ezele Bldpukts kotrollert wrd, ud somt Schrotätsfehler erhalb eer Bldzele vermede werde. Für spezelle Awedugsfälle köe Framegrabber mt Embedded-Processg- Moduls verbude werde, um de Rechelestug des Bldverarbetugssstems zu erhöhe. Dese Framegrabber verfüge über ee egee CPU ud köe somt efache Operatoe m Bldspecher durchführe sowe gezelt auf bestmmte Bereche m Bldspecher zugrefe..4 Auswertesoftware De Aufgabe der Software ees Bldverarbetugssstems st de Auswertug der vo der Kamera aufgeomme Blddate. Das Ergebs deser Auswertug ka aschleßed a Steueruge (z.b. zum Sortere der Prüftele) wetergegebe werde. De Auswertesoftware st de Kompoete ees Bldverarbetugssstems, welche sch für de verschedee Aufgabebereche der dustrelle Bldverarbetug am stärkste uterschedet. Oftmals muss für jede ezele Prüfaufgabe ee dvduelle Softwarelösug realsert werde. Für de Aufgabebereche der Vollstädgketskotrolle, der Objekterkeug, der Oberflächespekto, der Form- ud Maßprüfug ud der Lageerkeug (Abbldug.3) komme dabe uterschedlche Algorthme zum Esatz. Be eem Bldverarbetugssstem zur D-Geometremessug lässt sch de Auswertesoftware przpell de Verfahresschrtte Objekterkeug, subpelgeaue Katedetekto ud Modellappromato utergleder. Der Aufbau ud de Fuktoswese der m Rahme deser Arbet etwckelte Software st m folgede Kaptel detallerter beschrebe. Aufgabe der dustrelle Aufgabe Bldverarbetug der dustrelle Bldverarbetug Form- ud Maßprüfug Form- ud Maßprüfug Vollstädgketskotrolle Vollstädgketskotrolle Objekterkeug Objekterkeug Oberfächespekto Oberfächespekto Lageerkeug Lageerkeug Abbldug.3: Tpsche Awedugsgebete der dustrelle Bldverarbetug

14 Aufbau ud Fuktoswese der realserte Software 7 3 Aufbau ud Fuktoswese der realserte Software Im Rahme deser Arbet wurde ee Software etwckelt, de alle beschrebee Messalgorthme, de Asteuerug der Hardware-Kompoete sowe verschedee Aalsewerkzeuge behaltet. Dese Software wurde cht für ee spezelle Prüfaufgabe zusammegestellt, soder als flebles Messsstem für uterschedlche Prüfaufgabe kozpert. De etwckelte Software besteht aus zwe Messkaäle, welche bs auf wege Aalsewerkzeuge detsch aufgebaut sd. Des erlaubt de glechzetge Ole- Auswertug der Aufahme zweer uterschedlcher Kamerassteme. De grafsche Beutzeroberfläche jedes Messkaals st de Bereche Bldazege, Programmmodus, Estelluge ud Azege der Messergebsse utertelt, sehe Abbldug 3.. Messkaal Bldazege Programmmodus Messkaal Messergebs Estelluge Nachrchte Abbldug 3.: Bedeugsoberfläche der etwckelte Software

15 Aufbau ud Fuktoswese der realserte Software 8 De Bldazege st mt eer Zoomfukto ausgestattet. De Posto des Mauszegers m Kamerabld sowe der Grauwert a deser Posto werde uterhalb des Bldes agezegt. Mt Hlfe der Schalter daruter ka der Programmmodus bestmmt werde. De Optoe Lvebld ud Ole erlaube de Zugrff auf de Blderfassugskarte ud sd für de Beg ud das Ede eer Messrehe veratwortlch. Dese Fuktoe stehe ur da zur Verfügug, we zuvor de Italserug ees Hardware-Trebers erfolgte. Bldmateral vo der Festplatte des Rechers ka mt de Optoe Bld Lade ud Messe gelade ud gemesse werde. Alle Estelluge des Messvorgags sowe Aalse- ud Specherfuktoe werde über Regsterkarte getätgt. Gegledert ach de etsprechede Aufgabe estere Regsterkarte für de Bereche Hardware, Specher, Grauwertaalse, Estelluge, Messverfahre, Justerug, Pelvertelug, Hstore, Sostges ud Iformato. Nach eem erfolgreche Messvorgag werde de Messergebsse de Felder rechts ute ud lks ute der Beutzeroberfläche agezegt. Kote e Prüftel cht gemesse werde, so erschet a deser Stelle ee Fehlermeldug. Uabhägg vo de zwe Messkaäle behaltet de Beutzeroberfläche e Nachrchtefester, dem sämtlche Vorgäge ud Fehlermelduge protokollert werde. Realsert wurde de etwckelte Software der Programmersprache C. Dese objektoreterte Programmersprache stellt ee lestugsfähge Methodk für de Etwcklug eer ausbaufähge Software dar. De objektoreterte Programmertechk gestattet lechte Erweterbarket der Software, vermedet redudate Quellcode ud verefacht de Rückführug vo Softwarefehler [Brücker et al. 998]. Es wurde de Bblotheke CVB (Commo Vso Blo) der Frma Stemmer Imagg ud MFC (Mcrosoft Foudato Classes) der Frma Mcrosoft verwedet. De Software wurde auf der CVB-Bblothek der Frma Stemmer Imagg aufgesetzt. Der sogeate Image Maager der CVB-Bblothek wurde für de Bldzugrff verwedet ud stellt de Hardware Treber für de Blderfassugskarte zur Verfügug.

16 Aufbau ud Fuktoswese der realserte Software 9 De Fuktoe zur Objekterkeug, de Subpelalgorthme sowe de Fuktoe zur Modellappromato wurde ANSI C programmert. De ANSI Norm st uabhägg vom Betrebssstem ud vom verwedete Compler. Se gewährlestet ee kompatble Verwedug der programmerte Messalgorthme adere Projekte ohe de Quellcode äder zu müsse. Der Aufruf der ausgewählte Mess- ud Flterfuktoe währed des Messvorgags erfolgt cht über ee Abfrage (f-awesug), soder wrd vorab durch das Setze vo Fuktoszeger bewältgt. I der Messschlefe werde vrtuelle Fuktoe für de jewelge Aufgabe m Messablauf aufgerufe, d.h. es sd ledglch de Adresse m Specher bekat, woh gespruge wrd. De Fuktoe, welche sch tatsächlch hter dese Adresse m Specher verberge, werde m Vorfeld der Messug bestmmt. Dese Methode erlaubt das Hzufüge euer Messalgorthme ohe de Rumpf der Software zu veräder ud beötgt weger Rechezet als ee Abfrage (f-awesug) währed des Messvorgags. De Oberfläche der Software, der Programmablauf, sowe alle Fuktoe zur Aalse ud zur Egabe der Estelluge wurde mt Hlfe der MFC programmert. Abbldug 3. zegt de Programmablauf der etwckelte Software, wobe alle Fuktoe der CVB-Bblothek grü, de ANSI C programmerte Fuktoe rot ud de mt Hlfe der MFC realserte Fuktoe blau dargestellt sd.

17 Aufbau ud Fuktoswese der realserte Software Start Grabbertalserug Kalbrerug Messe Ole-Modus Lvebld Programmmodus? Bld lade Veräderug der Estelluge Ede Bld lade Estelluge äder Ede Ne Bld m Bldspecher? Lvebld aktvert? Ne Ja Ja eues Lvebld vorhade? Ne Ja Bldspecher aktualsere Ne Ole-Modus aktvert? Ja Flterfuktoe für de Objekterkeug Objekterkeug eues Lvebld vorhade? Ja Bldspecher aktualsere Ne Subpelgeaue Katebestmmug Umrechug vo Pel- Weltkoordate Modellappromato Azege ud Specher der Ergebsse Abbldug 3.: Programmablauf der etwckelte Software

18 Messabwechug ud Messuscherhet be der D-Geometremessug 4 Messabwechug ud Messuscherhet be der D- Geometremessug Der Wert eer Größe ka durch Messug cht eakt ermttelt werde. De Dfferez zwsche dem durch de Messug gewoee ud dem tatsächlche Wert wrd als Messabwechug bezechet. De Größe der Messabwechug st dabe erster Le vom Auflösugsvermöge des verwedete Messsstems abhägg [Küh 997]. Grudsätzlch werde Messabwechuge etspreched hre Ursache zufällge ud sstematsche Messabwechuge egetelt, sehe Abbldug 4.. Messabwechug Sstematsche Messabwechug Zufällge Messabwechug Bekate sstematsche Messabwechug Ubekate sstematsche Messabwechug Korrektur Restabwechug Messergebs Messuscherhet Abbldug 4.: Etelug der Messabwechuge [Herla 996] I DIN 39 wrd davo ausgegage, dass de bekate sstematsche Messabwechuge mt Hlfe eer Korrektur kompesert werde köe [DIN 39]. Be der Bestmmug der Messuscherhet u werde folglch de zufällge Messabwechuge ud de chtbekate sstematsche Messabwechuge be-

19 Messabwechug ud Messuscherhet be der D-Geometremessug trachtet. Zur Berechug der zufällge Messuscherhet u( ) wrd ach DIN 39 zuächst de Stadardabwechug s eer Wederholmessrehe ermttelt. s = ( ) = (4.) De Uscherhetskompoete u( ) der zufällge Messabwechuge wrd be eer Wederholmessrehe mt Messuge we folgt berechet: u ( ) = s (4.) Dese Uscherhetskompoete u( ) wrd auch als Stadarduscherhet bezechet. De Uscherhetskompoete u( ) setzt sch aus de ubekate sstematsche Messabwechuge ud de cht vollstädg kompeserte bekate sstematsche Messabwechuge zusamme. De Bestmmug deser Uscherhetskompoete erfordert Ketsse ud Erfahruge der verwedete Mess- ud Kalbrerverfahre [Semmler ]. Sd z.b. Herstelleragabe über de zulässge Messabwechug ees Messgeräts bekat, so ka ee Obergreze b ud ee Utergreze a für de möglche Eflussgröße agegebe werde. I desem Fall wrd de Uscherhetskompoete u( ) we folgt berechet: u ( ) ( b a) = (4.3) De komberte Stadarduscherhet u() wrd mt Hlfe eer geometrsche Addto der ezele Uscherhetskompoete berechet. ( ) u( ) u( u = (4.4) )

20 Messabwechug ud Messuscherhet be der D-Geometremessug 3 De Messuscherhet ees Messsstems muss be der Überprüfug vo Maßtoleraze berückschtgt werde. Das für de Spezfkato verfügbare Tolerazfeld verädert sch m Verglech zum tatsächlche Tolerazfeld des Prüftels dabe mmer zu Uguste des Betrebers ees Messsstems. Sofer kee besodere Verebaruge zwsche Hersteller ud Abehmer getroffe wurde, gelte her de Regel ach DIN 453 [DIN 453]. I Abbldug 4. st dargestellt, welche Spezfkato de Prüftele erbrge müsse, um de Ehaltug der Toleraze zu gewährleste. Messe m Wareausgag des Leferate Nur Tele erhalb der Spezfkato dürfe ausgelefert werde Messe m Wareegag des Verweders Nur Tele außerhalb der Spezfkato dürfe abgeleht werde Merkmalstoleraz U Merkmalstoleraz U U Spezfkato U Spezfkato U = erweterte Stadarduscherhet Abbldug 4.: Schematsche Spezfkatosgreze [DIN 453] Da deser Arbet ur de vo de Messalgorthme verursachte Messuscherhet vo Bedeutug st, wrd auf ee weterführede Aalse der verschedee Eflüsse auf de Messuscherhet verzchtet. De Aussage über de Messuscherhete der getestete Messalgorthme de durchgeführte Utersuchuge (Kaptel 9) basere auf de Vorschrfte ach DIN 39. Ee detallerte Betrachtug der verschedee Methode zur Ermttlug der Messuscherhet be der D-Geometremessug st [Küh 997] ud [Semmler ] beschrebe. De Begrffe für de Messuscherhet, sowe für de Beurtelug vo Messgeräte sd DIN 39 defert [DIN 39].

21 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems 4 5 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems 5. Justerug des Messsstems I der Regel wrd de Justerug der Kamera zur Messplattform mt mechasche oder optsche Hlfsmttel durchgeführt. Be Durchlchtaufahme ka z.b. ee Justerugshlfe, de aus zwe übereader ageordete Glasplatte mt je eem egeätzte Fadekreuz besteht, verwedet werde. Der möglche Abstad deser Glasplatte wrd durch de Tefeschärfe des verwedete Kameraobjektvs begrezt. De Justerugshlfe wrd astelle ees Prüfobjekts auf de Messplattform gelegt. Aschleßed ka mt Hlfe des Kamerabldes de Justerug des Messsstems durchgeführt werde. De Kameraachse st orthogoal zur Messplattform ud somt optmal ausgerchtet, we de Fadekreuzmttelpukte der Justerugshlfe übereader lege, sehe Abbldug 5.a ud Abbldug 5.a. a) Orthogoal zur Messplattform ausgerchtete Kamera b) Ncht orthogoal zur Messplattform ausgerchtete Kamera Justerugshlfe Messplattform Abbldug 5.: Przpelle Wrkugswese der verwedete Justerugshlfe a) be optmaler Justerug der Kamera b) be fehlerhafter Justerug der Kamera

22 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems 5 Ist de Kameraachse cht orthogoal zur Messplattform ausgerchtet, so verschebe sch de Fadekreuzmttelpukte m Kamerabld gegeeader, sehe Abbldug 5.b ud Abbldug 5.b. a) b) Abbldug 5.: Vergrößerte Ausschtte der orgale Kamerablder, be de Abbldug 5. schematsch dargestellte Kamerapostoe a) be optmaler Justerug der Kamera b) be fehlerhafter Justerug der Kamera We wchtg ee optmale Justerug für e Messsstem st, wrd oft uterschätzt. De Messuscherhete, welche folge eer fehlerhafte oder eer ugeaue Justerug etstehe, köe selbst mt de beste Messalgorthme cht ausgeglche werde. Des glt auch für de Algorthme der Kalbrerug, obwohl her mt Hlfe der Verzechugskorrektur auch klee Justerugsfehler kompesert werde köe. Aus desem Grud wurde deser Arbet e Softwaretool zur Kotrolle der Justerug etwckelt. 5.. Softwaretool zur Kotrolle der Justerug Der verwedete Algorthmus des etwckelte Softwaretools utzt de Tatsache, dass e rudes Objekt ach eer Verkppug ellpseförmg m Bldspecher abgebldet wrd. E cht korrekt justertes Messsstem hat geau dese Effekt zur Folge, da auch her das Prüfobjekt cht orthogoal zur Kameraachse postoert st. Astelle des Prüfobjekts wrd be der Kotrolle der Justerug e geschlffeer Lehrrg auf de Messplattform gelegt. We de Kameraachse cht orthogoal zur Messplattform ausgerchtet st, wrd der kresrude Lehrrg ellpseförmg m Kamerabld abgebldet, sehe Abbldug 5.3.

23 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems 6 Messplattform be eer optmale Justerug des Messsstems Kameraachse geschlffeer Lehrrg Kameraachse Messplattform be eer Dejusterug des Messsstems a a a a a = a optmale Justerug a a fehlerhafte Justerug Abbldug 5.3: Przp des Softwaretools zur Kotrolle der Justerug De Dfferez der bede Halbachse a ud a der Ellpse st e Maß für de Dejusterug des Messsstems. We de bede Halbachse der Ellpse glech groß m Bldspecher abgebldet werde, so st das Messsstem optmal justert. De Bestmmug der bede Halbachse a ud a erfolgt mt Hlfe der Kaptel 8.4 beschrebee Appromato eer Ellpse. Der Justerugsfehler φ lässt sch somt we folgt bestmme: φ = a (5.) a Wrd zusätzlch de Ausrchtug ϕ der Ellpse betrachtet, so ka der Justerugsfehler see - ud -Kompoete aufgetelt werde. φ = a a s ( ϕ ) (5.) φ = a a cos ( ϕ ) (5.3)

24 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems 7 Das Softwaretool ka cht ur zur Kotrolle der Justerug, soder auch für de Justerug selbst verwedet werde. Herbe sollte allerdgs vorher ee Justerug mt mechasche oder optsche Hlfsmttel durchgeführt werde. 5. Kalbrerug des Messsstems Zel der Kalbrerug optscher Messssteme zur D-Geometreerfassug st de Rückführug der Größe des Prüfobjekts m Kamerabld auf desse tatsächlche Größe. Herfür wrd mt Hlfe vo Kalbrerormale der Skalerugsmaßstab des Kamerabldes ud de Verzechuge der verwedete optsche Ssteme bestmmt (Kaptel 5..). Abwechuge der Messergebsse folge der Kategeometre der Prüfobjekte köe mt Hlfe der Kalbrerormale cht ermttelt werde. Dese Abwechuge werde mt Hlfe der Katekorrektur uterdrückt (Kaptel 5..). 5.. Geometrsche Verzechugskorrektur der Kameraobjektve ud Trasformato vo Pel- Weltkoordate Für de Korrektur vo Verzechuge m optsche Sstem ud zur Trasformato der Pelkoordate des Kamerabldes Weltkoordate werde mest Kalbrerormale Form vo Gtter verwedet. Dese Gtter müsse regulär se, d.h. de Abstäde zwsche de Stützstelle sd kostat [Hege et al. ]. a) b) Kamera a a Kalbrerormal Messplattform Abbldug 5.4: a) Kalbrerormal zur optsche Streckedetfkato b) Plazerug des Kalbrerormals m Strahlegag [Hege et al. ]

25 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems 8 I der Messebee wrd das Kalbrerormal orthogoal zum Strahlegag egebracht, sehe Abbldug 5.4. Aschleßed werde m Kamerabld de Postoe der ezele Stützstelle des Kalbrerormals subpelgeau bestmmt ud ee Matr egetrage. Dese Matr A ethält de Istwerte, also de vom optsche Sstem ermttelte Postoe der Stützstelle. De Größe der Matr A etsprcht de M N Stützstelle des Kalbrerormals. (,) (,) (,) (,) (, N ) (, N ) ( ) ( ) ( ) A, A A, A... A, A (,) (,) (,) (,) ( A, A ) ( A, A ) A = (5.4) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) M, M, M, N M, N,......, A A A A De Sollwertmatr B behaltet de tatsächlche Postoe der Stützstelle auf dem Kalbrerormal Weltkoordate. De Größe der Matr B etsprcht folglch der Größe vo Matr A ud beträgt ebefalls N M Stützstelle. (,) (,) (,) (,) (, N ) (, N ) ( ) ( ) ( ) B, B B, B... B, B (,) (,) (,) (,) ( B, B ) ( B, B ) B = (5.5) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) M, M, M, N M, N,......, B B B B Ist de Sollwertmatr B orthogoal zum Kamerabld ausgerchtet, so etspreche de Abstäde der Eträge der Matr, de Abstäde zwsche de Stützstelle auf dem Kalbrerormal. Be eem Kalbrerormal mt dem Abstad a zwsche de Stützstelle - ud -Rchtug würde de Matr we folgt aussehe: B = (,) (, a)... (, ( N ) a) ( a,) ( a, a) (( M ) a,) (( M ) a, ( N ) a)... (5.6) I der praktsche Awedug st de Sollmatr jedoch mestes gegeüber dem Kamerabld verdreht. Ist des der Fall, so muss ahad der ermttelte Stützstelle m Kamerabld der Wkel ϕ deser Verdrehug bestmmt werde. De verdrehte

26 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems 9 Sollmatr B wrd ascheßed mttels eer Koordatetrasformato um de ϕ Wkel bestmmt. B (5.7) j = R B j De Rotatosmatr R be eer Rotato um de Wkel ϕ lautet: cos = s ( ϕ ) s( ϕ ) ( ϕ ) cos( ϕ ) R (5.8) Dese Sollwertmatr B muss u auf de Maßstab der Matr A skalert werde. Dazu wrd der Mttelwert mehrerer Abstäde zwsche de Stützstelle - Rchtug aus der Istwertmatr A ud aus der Sollwertmatr B verglche. Der Skalerugsfaktor κ etsprcht dem Abbldugsmaßstab des Messsstems (Pel / mm) ud ka z.b. we folgt ermttelt werde: m ( m, ) ( m, ) ( A A ) = j= κ = (5.9) m ( ) (,) (,) ( ) B B De Skalerug der Sollwertmatr B erfolgt durch ee Multplkato aller Werte der Matr mt dem Faktor κ. B = κ B (5.) j j De skalerte Sollwertmatr B wrd u so verschobe, dass de Posto eer Stützstelle der Matr A ud der Matr B überestmmt. Am beste eget sch her ee Stützstelle, dere Posto sch weder am Rad, och der Mtte des Kamerabldes befdet. Der Verschebugsvektor t ka z.b. we folgt ermttelt werde: (,) (,) A B t = (5.) A (,) (,) B

27 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems De Glechug der skalerte ud verschobee Sollwertmatr B lautet: B (5.) j = B j t I eem Kamerabld ohe Verzechuge würde de Sollwertmatr B geau der Istwertmatr etspreche. De Devatosmatr st de Dfferezmatr der Sollwertmatr B ud der Istwertmatr A, sehe Abbldug 5.5. Devatosmatr D Istwertmatr A Sollwertmatr B Abbldug 5.5: Zusammehag zwsche der Istwertmatr A, der Sollwertmatr B ud der Devatosmatr D De Devatosmatr D behaltet somt alle Verzechuge m Kamerabld ud wrd we folgt berechet: D B A = (5.3) De Devatosmatr D wrd ee -Devatoskompoete ud ee -Devatoskompoete aufgespaltet, sodass ma zwe Iterpolatosbase D ud D erhält.

28 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems D = B A (5.4) D B = (5.5) A Dese Iterpolatosbase D ud D blde de Grudlage für de Korrektur der Verzechuge des Kamerasstems. Abbldug 5.6 zegt de Devatosmatr D über eem reguläre Gtter [Hege et al. ]. Ermttelte Abwechug -Rchtug d (, ) Abbldug 5.6: Devatosmatr D, dargestellt über eem reguläre Gtter [Hege et al. ] Es gbt verschedee Möglchkete, ahad der Devatosmatrze D ud D de Korrekturwerte - ud -Rchtug zum Ausglech der Kameraverzechug a der Stelle, zu terpolere. Hege schlägt her ee Iterpolato durch ee Tesorproduktfläche oder ee Iterpolato durch ee Pflasterfläche vor [Hege et al. ]. Mt dese aufwedge Verfahre köe Verzechuge gewöhlcher Kameraobjektve geau bestmmt werde. Be der Verwedug hochpräzser telezetrscher Kameraobjektve, dere Verzechuge sehr gerg sd [Wartma ], köe mt Hlfe eer leare D-Iterpolato de Kameraverzechuge mt weger Recheaufwad ausgeglche werde.

29 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems De leare D-Iterpolato der Korrekturwerte k ud k a der Stelle < < ud < < wrd mt Hlfe der Devatosmatre D ud D we folgt berechet [Pagedarm ]: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = D D D D k,,,,, (5.6) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = D D D D k,,,,, (5.7) Um de Recherlestug zur Laufzet der Messalgorthme cht zusätzlch zu beaspruche, köe m Vorfeld eer Messug zwe Matrze K ud K zur Fehlerkorrektur - ud -Rchtug berechet werde, welche größer als de Devatosmatrze sd. Dese Matrze dee der drekte Umrechug vo Pel- Weltkoordate ud werde auch als LUT (Look Up Table) bezechet. Durch de Iterpolato der Werte aus de Devatosmatrze D ud D werde de Eträge der Matrze K ud K berechet. Bestze de Matrze K ud K de Größe der Kameraauflösug, so ka de Trasformato der Pelkoordate p, p de Weltkoordate w, w we folgt berechet werde: ( ) ( ) ( ) ( ) p p p w abs abs K, = κ (5.8) ( ) ( ) ( ) ( ) p p p w abs abs K, = κ (5.9) Der Glechug (5.9) berechete Skalerugsfaktor κ st dabe für de Rückskalerug vo Pel- Weltkoordate veratwortlch.

30 Justerug ud Kalbrerug des Messsstems Katekorrektur De Katekorrektur det der Feapassug des Messsstems auf de jewelge Prüfaufgabe. Veräderuge der Kategeometre der Prüftele sowe des optsche Sstems habe ee Veräderug der Abbldug der Prüftele m Kamerabld zur Folge. Dese Veräderuge m Kamerabld köe ee gergfügge Verschebug der Objektkate be der subpelgeaue Katedetekto bewrke. Der Grud herfür sd uterschedlch bret abgebldete Objektkate ud uterschedlche Smmetreverhältsse der Grauwertverläufe m Objektkateberech der Prüftele. Da mt Hlfe der Kalbrerormale kee Aussage über de Abbldug der Kategeometre der Prüftele m Kamerabld gemacht werde köe, muss ach der geometrsche Verzechugskorrektur der Kameraobjektve ud der Trasformato vo Pel- Weltkoordate e Katekorrekturwert bestmmt werde. Zur Bestmmug deses Katekorrekturwerts wrd e Refereztel mt Hlfe ees übergeordete Messsstems gemesse. Deses Refereztel muss de gleche Katebeschaffehet we de zu prüfede Tele bestze. Ee optmale Bestmmug des Katekorrekturwerts st da gewährlestet, we ees der Prüftele als Refereztel verwedet wrd. Der Katekorrekturwert K K wrd aus der Dfferez des vom Messsstem ermttelte Messergebsses E st ud dem Messergebs des übergeordete Messsstems E soll deses Refereztels bestmmt. K K = E E (5.) soll st Be de spätere Messuge wrd der Katekorrekturwert zu de ermttelte Messwerte addert. Sd de Objektkate scharf abgebldet, we z.b. be telezetrsche Durchlchtaufahme mt telezetrscher Optk, so ka astelle des Refereztels e Lehrmaß verwedet werde, da sch der Katekorrekturwert scharf abgebldeter Objektkate des Prüftels ur gergfügg vo dem mt Hlfe ees Lehrmaßes ermttelte Katekorrekturwert uterschedet. Be der Messug uterschedlch großer Prüfobjekte, welche de gleche Katestrukture bestze, ka der gleche Katekorrekturwert verwedet werde. Sobald jedoch e aderer Subpelalgorthmus zur Katedetekto verwedet wrd, muss der Katekorrekturwert eu berechet werde.

31 Methode zur Objekterkeug 4 6 Methode zur Objekterkeug De Objekterkeug st Grudvoraussetzug für de D-Geometremessug. Bevor de Objektkate der Prüfobjekte geau bestmmt werde köe, muss de Lage ud Ausrchtug der zu messede Prüfobjekte erhalb des Kamerabldes ermttelt werde. Uter Verwedug des Vorwsses, welche Geometre de Prüfobjekte bestze, wrd be der Objekterkeug versucht, de Posto, Oreterug ud Größe der Prüfobjekte mt möglchst gergem Aufwad a Rechezet zu ermttel. Das Ergebs der Objekterkeug st de ugefähre (pelgeaue) Posto der kateahe Bereche der Prüfobjekte. Dese Bereche werde ach der Objekterkeug a de Algorthme zur subpelgeaue Objektkatebestmmug übergebe. De Objekterkeug hat dabe kee Efluss auf das Messergebs. 6. Suchstrahle zur Objekterkeug Be der Objekterkeug mt Hlfe vo Suchstrahle werde de Grauwertverläufe etlag vorher deferter Strecke m Pelraster des Kamerabldes utersucht. Trfft e Suchstrahl auf ee Objektkate m Bldmateral, hat des ee sgfkate Äderug des Grauwertverlaufs zur Folge. Abbldug 6. zegt de deutlche Äderug des Grauwertverlaufs m Berech der Objektkate des Prüfobjekts be kotrastrechem Bldmateral. I de folgede Kaptel werde de Methode zur Ermttlug der Koturpukte ahad des Grauwertverlaufs be deale, als auch be cht deale Blddate beschrebe. Mt Hlfe der gefudee Koturpukte ud dem Vorwsse, welche Geometre e Prüfobjekt bestzt, ka aschleßed de Posto, Oreterug ud Größe deses Prüfobjekts ermttelt werde (sehe Kaptel 6.: Objekterkeug uterschedlcher Geometre mt Hlfe vo Suchstrahle).

32 Methode zur Objekterkeug 5 Suchstrahl Grauwert 5 5 Grauwertverlauf Objektkate Posto Pel Abbldug 6.: Grauwertverlauf etlag ees Suchstrahls 6.. Fuktoswese schwellwertbaserter Suchstrahle be deale Blddate Be schwellwertbaserte Suchstrahle wrd e Schwellwert th zur Ermttlug der Objektkate festgelegt. Wrd erhalb des Grauwertverlaufs deser Schwellwert überschrtte bzw. uterschrtte, so legt ee Objektkate m Grauwertverlauf vor. Das Przp vo schwellwertbaserte Suchstrahle für ee Übergag vo dukle zu helle Grauwerte st Abbldug 6. dargestellt.

33 Methode zur Objekterkeug 6 Grauwert 5 Objektkate Grauwertverlauf 5 Schwellwert th = Posto Pel Abbldug 6.: Przp schwellwertbaserter Suchstrahle Be glechblebeder Damk de Blder, d.h. be gerge Grauwertschwakuge uterschedlcher Aufahme, ka der Schwellwert statsch vor Beg der Messuge festgelegt werde. Sd dagege Grauwertschwakuge zwsche de ezele Blder zu erwarte, besteht de Möglchket de Schwellwert dese Schwakuge damsch azupasse (Abbldug 6.3). Suchstrahl Suchstrahl Grauwert statscher Schwellwert Grauwertverlauf detekterte Kate detekterte Kate Grauwert Grauwertverlauf statscher Schwellwert detekterte Kate detekterte Kate damscher Schwellwert 4 6 Posto Pel damscher Schwellwert 4 6 Posto Pel Abbldug 6.3: Wrkugswese des damsche Schwellwerts

34 Methode zur Objekterkeug 7 Herdurch köe Objektkate de folge der Grauwertschwakuge uter Verwedug ees statsche Schwellwerts cht erkat werde, problemlos detektert werde. Zu der Berechug des damsche Schwellwerts th d wrd der mttlere Grauwert des Bldhtergruds ermttelt ud mt dem damsche Schwellwertfaktor a d multplzert. th d = G α (6.) d Be Durchlchtaufahme (heller Htergrud ud dukles Prüfobjekt) st der damsche Schwellwertfaktor a d <. Be Blder mt duklem Htergrud st der damsche Schwellwertfaktor a d >. Der mttlere Grauwert des Bldhtergruds wrd dabe de Ecke des Bldes ermttelt. Schwellwertbaserte Suchstrahle habe de Vortel, dass sobald ee Objektkate gefude wurde, der Algorthmus abgebroche werde ka. Des hat ee gerge Rechedauer der schwellwertbaserte Suchstrahle zur Folge. 6.. Uterdrückug vo Störpels ud Pseudokate be cht deale Blddate Oft sd de Blddate gestört, d.h. es befde sch Störpel ud Pseudokate m Bld. Verachlässgt ma de Störuge m Bldmateral, so macht ma der Regel ee Fehler be der Objekterkeug. Um des zu verhder, ka ma etweder de Störuge de Blddate vor Awedug der Suchstrahle mt Hlfe vo Flter besetge oder robuste Suchstrahleverfahre verwede. De Flterug der Blddate mt Hlfe der Rak-Value-Flter sowe dem robuste Suchstrahleverfahre, dem Vorzecheverfahre ud dem erweterte Schwellwertverfahre, sd de folgede dre Kaptel beschrebe Rak-Value-Flter De Rak-Value-Flter sd chtleare Flter, dere Wrkugswese auf der Sorterug der Grauwerte erhalb eer Fltermaske basert. De Grauwerte aller Pels erhalb des Eflussberechs der Fltermaske werde dabe hrer Größe ach

35 Methode zur Objekterkeug 8 sortert. Daach wrd das zu flterde Pel durch das Elemet mt dem Rag R deser sorterte Lste ersetzt. Be eer Größe der Fltermaske vo N Pels sd de Spezalfälle des Rak-Value-Flters we folgt defert [Suderma ]: Mmumflter, R = Mamumflter, R = N Medaflter, R = N / Als Fltermaske wrd mest ee 3 3 oder 5 5 Pel große Matr verwedet, wobe sch das zu flterde Pel m Mttelpukt deser Matr befdet. Dese Fltermaske wrd be der Ausführug des Flters über das Bld geschobe. Da jewels ur das mttlere Pel der Fltermaske ersetzt wrd, verkleert sch das Ausgagsbld be eer smmetrsche Fltermaske um N- Pel - ud - Rchtug [Wahl 989]. Der Medaflter verädert de Egagsdate am wegste, sbesodere blebe Objektkate ach Awedug des Medaflters a der gleche Posto. Ist des für de Weterverarbetug der Blddate otwedg, darf ur e Medaflter als Rak-Value-Flter verwedet werde. Auch we de Art der Störug erhalb der Blddate vor der Flterug cht bekat st, eget sch der Medaflter besser als adere Rak-Value-Flter, sehe Abbldug 6.4. Trete dagege mmer de gleche bekate Störuge m Bldmateral auf, so ka durch de Auswahl des Rags R für de jewelge Art der Störug ee bessere Flterwrkug erzelt werde. De Flterwrkug des Mamumflters st be dukle Störstelle auf hellem Htergrud größer als de des Medaflters (Abbldug 6.4b). Allerdgs verschebe sch de Objektkate durch de Flterug um (N-) / Pel Rchtug der duklere Fläche. Be helle Störstelle dukle Blder erzelt der Mmumflter de größte Flterwrkug (Abbldug 6.4d). De Objektkate verschebe sch auch her um (N- ) / Pel. Im Gegesatz zum Mamumflter werde bem Mmumflter de Objektkate Rchtug der hellere Fläche verschobe.

36 Methode zur Objekterkeug 9 a) b) c) d) Abbldug 6.4: Durchlchtaufahme ud Auflchtaufahme ees Rgs a) Orgalbld, b) ach Awedug des Mamumflters, c) ach Awedug des Medaflters, d) ach Awedug des Mmumflters

37 Methode zur Objekterkeug 3 De Rak-Value-Flter sd efache Verfahre zur vollstädge Uterdrückug vo Störstelle ud Pseudopels. Auch de Verschebug der Objektkate bem Mamum- bzw. Mmumflter führt be der Objekterkeug zu keer etschedede Beeträchtgug der Ergebsse. Im Verglech zu adere Methode zur Uterdrückug vo Störpels beötge de Rak-Value-Flter allerdgs hohe Rechezete. Der Grud herfür legt a Ermttlug ud Sorterug der Fltermaske für jedes Pel des Bldmaterals Vorzecheverfahre Das Vorzecheverfahre ach [Roth 993], verwedet de Bereche mootoe Astegs bzw. Abfalls erhalb ees Grauwertverlaufs g zur Bestmmug der Objektkate. Dazu wrd ee Vorzechefolge D ahad der Grauwertdffereze zwsche de ezele Pels bestmmt: D für g g > (6.) = D für g g = (6.3) = D für g g < (6.4) = Überschrete de Bereche gleche Vorzeches de durch de Parameter OB festgelegte Größe, so bestzt der Grauwertverlauf a deser Stelle e mootoes Verhalte. Ee Objektkate wrd da erkat, we zusätzlch erhalb deses Berechs ee vorher deferte Grauwertdfferez SD überschrtte wrd. Abbldug 6.5 veraschaulcht de Wrkugswese des Vorzecheverfahres. Da reale Blder auch Störuge m Kateberech auftrete, ud somt e mootoes Verhalte des Grauwertverlaufs erhalb der Objektkate cht mmer gewährlestet st, wrd bem Vorzecheverfahre der zusätzlche Parameter Drop Out DO verwedet. Der Parameter DO gbt a, wevele Uterbrechuge des mootoe Verhaltes erhalb der vorgegebee Objektkateläge OB erlaubt sd, ohe dass de Vorzechefolge als uterbroche glt. De Fuktoswese des Vorzecheverfahres mt eer Uterbrechug des mootoe Astegs m Berech der Objektkate st Abbldug 6.6 dargestellt.

38 Methode zur Objekterkeug 3 Grauwert Grauwertdfferez > SD Grauwertverlauf D Objektkateläge Posto Pel > OB Abbldug 6.5: Wrkugswese des Vorzecheverfahres Grauwert Grauwertdfferez > SD Grauwertverlauf D Objektkateläge Posto Pel > OB DO = Abbldug 6.6: Fuktoswese des Vorzecheverfahres mt eer Uterbrechug des mootoe Astegs m Berech der Objektkate

39 Methode zur Objekterkeug 3 Durch de sequetelle Bearbetugsfolge der Krtere für de Objektkatebestmmug, erzelt das Vorzecheverfahre ee hohe Bearbetugsgeschwdgket [Roth 993]. Zudem köe mt eer geegete Auswahl der Parameter OB, SD ud DO Objektkate auch gestörte Blder hreched geau detektert werde Erwetertes Schwellwertverfahre Das erweterte Schwellwertverfahre ach [Semmler ] st ee Weteretwcklug des Kaptel 6.. beschrebee Schwellwertverfahres. Be desem Verfahre wrd ach eer Über- oder Uterschretug des Schwellwerts gezählt, we lage dese ahält. Erst we ach eer Schwellwertüberschretug ee bestmmte Pelläge K m kee Schwellwertuterschretug, bzw. ach eer Schwellwertuterschretug kee Schwellwertüberschretug erfolgt, wrd ee Objektkate erkat. De tatsächlche Objektkate wrd dabe, we Abbldug 6.7 dargestellt st, um K m Pel auf de erste Schwellwertüberschretug bzw. Schwellwertuterschretug zurückgerechet. Tpsche Werte für de Faktor K m lege zwsche K m = 5 ud K m =. Grauwert 5 Bldstörug Objektkate Grauwertverlauf 5 Schwellwert Posto Pel Schwellwertüberschretug: 3 >= 5 L < K m L >= K m Abbldug 6.7: Fuktoswese des erweterte Schwellwertverfahres be eer geforderte Schwellwertüberschretug vo mdestes 5 Pel

40 Methode zur Objekterkeug 33 Das erweterte Schwellwertverfahre bestzt Tefpassverhalte. Starke Veräderuge m Grauwertverlauf, de ur wege Pel etlag des Suchstrahls auftrete, werde cht als Objektkate terpretert. Dese kurzzetge Schwakuge m Grauwertverlauf sd e tpsches Verhalte vo klee Störstelle ud Störpels etlag des Suchstrahls. Da be desem Verfahre de Modfzerug ur etlag des Suchstrahls ud cht m komplette Bldmateral erfolgt, st der Recheaufwad gerg. Zusätzlch ka, we bem Schwellwertverfahre, ach der Detekto eer Objektkate der jewelge Suchstrahlalgorthmus abgebroche werde. Be der Auswertug uterschedlcher Blddate hat sch gezegt, dass das erweterte Schwellwertverfahre ee ebeso schere Objektkatebestmmug we das Vorzecheverfahre gewährlestet. De Implemeterug des erweterte Schwellwertverfahres st dabe weger umfagrech. Außerdem st de Parametrserug mt ur eer Veräderlche, mt wesetlch weger Aufwad verbude. 6. Objekterkeug uterschedlcher Geometre mt Hlfe vo Suchstrahle Mt Hlfe der Kaptel 6. beschrebee Suchstrahle köe Koturpukte der Prüfobjekte uterschedlchem Bldmateral detektert werde. De Ermttlug der Posto, Oreterug ud Größe der Prüfobjekte ahad deser Koturpukte wrd am Bespel vo rude ud rechteckge Prüfobjekte de folgede Kaptel beschrebe. 6.. Objekterkeug vo rude Prüfobjekte Be der Objekterkeug vo rude Objekte werde Suchstrahle eem bestmmte Abstad horzotal oder vertkal über das Bld gerastert. Abbldug 6.8 zegt ee möglche Aordug der Suchstrahle ud de ahad deser Suchstrahle detekterte Koturpukte P. Be der Objekterkeug ruder Objekte gehöre alle Koturpukte zu eem geometrsche Elemet, dem Kres. Mt Hlfe des Kaptel 8.3 beschrebee Algorthmus zur Appromato ees Kreses, ka ahad deser Koturpukte der Mttelpukt, sowe der Radus des Kreses etlag der Objektkate des Prüfobjekts berechet werde. Da e Kres kee

41 Methode zur Objekterkeug 34 Oreterug bestzt, st somt das Prüfobjekt ahad seer Posto ud Größe m Bldmateral bestmmt. Suchstrahle P P P 3 P 4 P 5 Koturpukte des rude Prüfobjekts Abbldug 6.8: Aordug der Suchstrahle zur Objekterkeug ruder Prüfobjekte 6.. Objekterkeug vo rechteckge Prüfobjekte De Objekterkeug vo rechteckge Prüfobjekte gestaltet sch wesetlch umfagrecher als de Objekterkeug ruder Objekte. De Abmaße des rechteckge Prüfobjekts werde cht durch de Appromato ees geometrsche Elemets, soder durch de Appromato der ver Gerade etlag der Sete des rechteckge Objekts ermttelt. Da aber cht bekat st, welche Koturpukte zu welcher Gerade etlag eer Sete des Prüfobjekts gehöre, muss zuerst de Oreterug des rechteckge Prüfobjekts m Bldmateral ermttelt werde. Als erstes muss herfür der Mttelpukt des Prüfobjekts berechet werde. Dazu werde, we Abbldug 6.9 dargestellt, vertkal verlaufede Suchstrahle vo ute ud vo obe über das Bld gerastert. De - ud -Koordate des Objektmttelpukts ka ahad der Mttelwerte der - ud -Koordate der gefudee Koturpukte P (, ) bestmmt werde: M M = X = = Y = (6.5) (6.6)

42 Methode zur Objekterkeug 35 Suchstrahle P P 7 P 8 P P 3 P 4 M P 5 P 6 P P 9 P P Abbldug 6.9: Ermttlug des Mttelpuktes rechteckger Prüfobjekte Nach der Bestmmug des Mttelpukts, ud somt auch der grobe Posto wrd de Oreterug des rechteckge Prüfobjekts ermttelt. Ausgehed vom Mttelpukt des Prüfobjekts werde u Suchstrahle Schrtte beged be alle Rchtuge gesedet, sehe Abbldug 6.. P 34 P 3 P P P 3 Lm P 4 P6 P 8 P 8 P 6 M P P 4 P P P 8 P 4 P P 6 Abbldug 6.: Bestmmug der Oreterug rechteckger Prüfobjekte

43 Methode zur Objekterkeug 36 Aschleßed ka für jede deser Wkel a zwsche ud 6 der Abstad L a zwsche de Koturpukte, der geau etgegegesetzter Rchtug verlaufeder Suchstrahle, we folgt ermttelt werde: ( P P ) ( P P ) L = α X ( α 8) X α Y ( α 8) Y α (6.7) Jeer Wkel a be dem der Abstad L a zwsche de Koturpukte P a ud P a8 de kleste Wert ammt, etsprcht der ugefähre Ausrchtug der kurze Sete des rechteckge Prüfobjekts. De Gerade etlag der lage Sete des Prüfobjektes verlaufe orthogoal dazu ud bestze ee Stegug vo ca. a 9. Mt Suchstrahle de parallel ud orthogoal zu der ugefähre Ausrchtug a des Rechtecks verlaufe, köe Koturpukte bestmmt werde, de auf eer Sete der Objektkotur des Rechtecks lege, sehe Abbldug 6.. Da u de Zugehörgket der Koturpukte zu eer Gerade gegebe st, köe mt Hlfe der Appromato eer Gerade (Kaptel 8.) de ezele Gerade g bs g 4 etlag der Objektkate des rechteckge Prüfobjektes bestmmt werde. g 4 ugefähre Ausrchtug M g g 3 g Abbldug 6.: Suchstrahle zur Ermttlug der Gerade für de Bestmmug rechteckger Prüfobjekte

44 Methode zur Objekterkeug 37 De komplette Beschrebug des Rechtecks erfolgt über de Schttpukte S j ( j, j ) der Gerade g bs g 4, mt de Steguge m ud de -Koordateabschtte b. j b b m j j = (6.8) m b b j j m b m j m = (6.9) Abbldug 6. zegt de Objektkotur etlag ees rechteckge Prüfobjektes, defert durch de Strecke zwsche de Schttpukte S j ( j, j ). S 4 g 4 g S S 34 g 3 g S 3 Abbldug 6.: Objektkotur etlag ees rechteckge Prüfobjektes, defert durch de Strecke zwsche de Schttpukte S j ( j, j )

45 Subpelgeaue Katedetekto 38 7 Subpelgeaue Katedetekto Zel der subpelgeaue Katedetekto st ee möglchst geaue Bestmmug der Objektkate der Prüfobjekte. De dabe verwedete Subpelalgorthme sd Methode zur Erhöhug der vdeometrsche Messgeaugket auf Werte de geauer sd als de Auflösug des zur Bldaufahme verwedete Bldwadlers. De meste Verfahre zur subpelgeaue Katedetekto basere dabe auf eer Iterpolato der Grauwerte bzw. Grauwertgradete zwsche de Pels m Grauwertverlauf. Voraussetzug für de subpelgeaue Berechug der Objektkate sd Iformatoe über de Lage ud de ugefähre Größe der Prüfobjekte (Kaptel 6: Objekterkeug). Mt Hlfe deser Iformatoe köe de kateahe Bereche der Prüfobjekte gezelt utersucht werde. Abbldug 7. zegt de mt Hlfe der Objekterkeug m kateahe Berech platzerte Ataststrecke für de subpelgeaue Katedetekto am Bespel ees Kreses. De aschleßede Berechug der Maße der Prüfobjekte, ahad der ermttelte Koturpukte, erfolgt mttels der Kaptel 8 beschrebee Modellappromato. Ataststrecke Abbldug 7.: Ataststrecke zur subpelgeaue Katedetekto am Bespel ees rude Prüfobjekts

46 Subpelgeaue Katedetekto Problematk der cht äqudstate Pelabstäde Subpelverfahre (Kaptel 7.3) ermttel de Posto eer Objektkate mt Hlfe des Grauwertverlaufs etlag eer Ataststrecke. Voraussetzug für jede Messug st de Abbldug der Objektkate m Grauwertverlauf mt mmer der gleche Ausdehug. Um des zu gewährleste, müsse de Ataststrecke möglchst orthogoal zur Objektkate verlaufe. Je ach Ausrchtug ud Geometre des Prüfobjekts verlaufe de Ataststrecke jedoch selte parallel oder dagoal zum Pelraster. Betrachtet ma ee cht parallel oder dagoal zum Pelraster verlaufede Ataststrecke, so wrd klar, dass de Abstäde zwsche de Pelmttelpukte cht kostat sd, sehe Abbldug 7.. Abbldug 7.: Ncht orthogoal oder dagoal zum Pelraster verlaufede Ataststrecke Abstad zwsche de Pels 5 5 Posto Pel Abbldug 7.3: Abstäde zwsche zwe aufeader folgede Pels eer cht orthogoal oderdagoal zum Pelraster verlaufede Ataststrecke [Becker ]

47 Subpelgeaue Katedetekto 4 Der Abstad zwsche de Pelmttelpukte beträgt etweder oder. I Abhäggket vom Wkel der Ataststrecke wechsel dese Pelabstäde perodsch, sehe Abbldug 7.3 [Becker ]. De uterschedlche Etferuge zwsche zwe beachbarte Pels habe ee cht homogee Grauwertverlauf zur Folge. Deses Phäome st vor allem m Kateberech, wege de größere Grauwertdffereze stärker ausgeprägt. Da de Etferuge zwsche de Pels vo de Subpelalgorthme cht berückschtgt werde, etsteht folge der homogee Grauwertverläufe e sstematscher Fehler be der Ermttlug der Objektkate. Ataststrecke de dagoal zum Pelraster verlaufe, wese zwar ee kostate Abstad zwsche de ezele Pels auf, de Auflösug des Kamerabldes dagoaler Rchtug zum Pelraster st aber mmer um ca. 4,4 % ( -,44) kleer als horzotaler Rchtug. Des hat ee um ca. 4,4 % größere Messuscherhet der Algorthme be dagoal verlaufede Ataststrecke zur Folge. Abwechug Pel,4,3,, -, -, -,3 -, Wkel der Ataststrecke Dagramm 7.: Abwechug der ezele Koturpukte vo der Objektkotur Abhäggket des Wkels der Ataststrecke. Verwedet wurde e Schwellwertverfahre mt learer Iterpolato ud sthetsch erstellte Blddate ees rude Objekts.

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