A képfeldolgozáson alapuló koordináta mérőgépek többféle elven működhetnek. De melyik a legjobb az adott méréshez? Ez mindig a mérési feladattól, a mérési bizonytalanságtól és az elvárt mérési sebességtől függ.
Azok a gépek, amelyeken a kamera a hagyományos komparátorokhoz hasonlóan rögzítve van a mért tárgyhoz képest, és teljes jellemzőket tudnak mérni a szenzor látómezejében, „in the image” történő méréssel működnek. Azok a gépek, amelyek a hagyományos műhelymikroszkópokhoz hasonlóan működnek és a kamerát a mérési térben, mechanikus tengelyek (mérőasztal) mentén mozgatva a szenzor látómezőjénél nagyobb jellemzőket is tudnak mérni, „on the image” méréssel működnek.
„in the image” mérés
A legegyszerűbb esetben az „in the image” mérés csak és kizárólag optikákkal és egy (CCD vagy CMOS) kamerával valósul meg. A fix látómezőben érvényes pontosságot elsősorban az optika nagyítása (kb. 0,04 és 10 között) és ezáltal a látómező mérete (kb. 200 mm – 1 mm méretű négyzet) határozza meg. Minél nagyobb a látómező, annál kisebb a felbontás és a pontosság.
Vegyünk például egy 100 mm hosszú tárgyat, amelyet az optika a kamera szenzorának pontjaira vetít. Ez legjobb esetben is néhány ezer pixel vonalanként.
A kb. 100 µm-es eredő felbontást szubpixeles interpolációval 10-szeresére növelve kb. 10 µm-es mérési pontosság adódik. 100 mm-es méretű tárgyaknál tehát ilyen technikával 100 µm-es nagyságú tűrések ellenőrizhetők (a mérési bizonytalanság és a tűrés aránya 10:1).
1. ábra „in the image” méréshez való optikák kb. 1 mm x 1 mm és 240 mm x 180 mm közötti látómezővel és 0,3-10 µm-es pontossággal
A nagy látómezőhöz szükséges kis nagyítású lencsék gazdasági megfontolásokból (korlátozott hely és emiatt kisebb nyílás) általában nagyobb mélységélességgel rendelkeznek, ami megnehezíti a pontos fókuszálásukat. Ez a „normál” lencsék mélységélességében jelentkező ismeretlen nagyítás miatt mérési eltéréseket eredményez. A telecentrikus lencsék állandó nagyítást garantálnak viszonylag nagy mélységélességben (a telecentrikus tartományban), ezért nagyobb mélységélességekhez van rájuk szükség. Ezen kívül a képfeldolgozás is kínál olyan funkciókat, amelyek megkönnyítik a felhasználó számára a pontos fókuszálást. Az 1. ábrán egy tipikus „in the image” elvű mérőgép látható. Munkadarabok 10 µm-es tűréseinek nagy mérési tartományban történő vizsgálatához ez a koncepció nem jelent hatékony megoldást.
Ilyen esetben „on the image” elvű gépekre van szükség.
„on the image” mérés
Az „on the image” elven működő mérőgépek képesek elmozdítani a munkadarabot vagy a kamerát a gép tengelyei mentén, különálló geometriai elemek, pl. pontok, egyenesek vagy körök észleléséhez (2. ábra, baloldal). A szükséges pontosságot részben a megfelelően nagy nagyítású optika kiválasztása garantálja.
A szenzor és a munkadarab pozíciója (portál vagy X-Y asztalos gépeknél) a gépi tengelyek pontos mérésével is meghatározható, a geometriai és hőmérséklet miatti eltérések figyelembe vételével. A geometriai elemek az észlelt elem szenzor koordináta-rendszerbeli pozíciójának és a szenzor gépi koordináta-rendszerbeli pozíciójának szuperpozíciójával alakulnak jellemzőkké (pl. távolsággá vagy szöggé). A jellemzők helyét és méretét a mérőszoftver számítja ki.
Egy kiegészítő függőleges mérőtengellyel ezek a gépek háromdimenziós munkadarabmérésre is alkalmasak. A tárgy felülete a harmadik tengellyel mérhető, pl. a képfeldolgozó szenzor autofókuszos szenzorként történő használatával.
2. ábra „on the image” (bal oldal) méréseknél a kép több véletlenszerűen megválasztott helyén végzünk különálló méréseket (három sárga négyszög). Raszterszkennelésnél (jobb oldal) az egész tárgyat leképezzük a kép különböző részeinek egyesítésével (nyolc sárga négyszög). Az ablakokat (zöld négyszögek) kontúrok és geometriai elemek (kék) kiválasztásához helyeztük el.
Az „on the image” mérési elv hátránya, hogy a munkadarabot el kell mozgatni a megfelelő mérési pozíciókba. Ezt megteheti a gépkezelő manuálisan, illetve mérőprogram írható a gép tengelyeinek automatikus mozgatására.
Az elv előnye viszont, hogy nagy mérési tartományokban is fokozott pontosságot garantál.
Raszterszkennelés – „on the image” és „in the image” mérés
A raszterszkennelés a két technika előnyeit egyesíti. A minél nagyobb mérési tartomány érdekében a rendszer automatikusan felvételeket készít a teljes mért objektumról különböző „on the image” pozíciókban, majd azokat egyetlen képben egyesíti. A teljes kép ezután az „in the image” elv szerint, felhasználóbarát módon értékelhető (2. ábra, jobboldal).
Rendkívül előnyös elrendezést jelent, ha a kamera felfelé néző tokozott házban helyezkedik el. A munkadarab egy, a kamera fölött található üveglemezre kerül, és mindig a kamera fókuszpontjában található, emiatt nincs szükség a fókusz beállítására. A különleges, párhuzamosított alsó fényforrás segítségével magas és forgásszimmetrikus munkadarabok is pontosan mérhetők, mivel a megvilágítás a lencséhez igazodik.
Pontos mérés „in the image” és „on the image” elven
A koordináta mérőgépek teljesítményének képfeldolgozó szenzorral történő megítéléséhez nem elég a mérési eredmények reprodukálhatóságát vizsgálni. Kalibrált elemek (átmérők és távolságok) használandók az országos és a nemzetközi szabványok követelményeinek teljesítéséhez (visszavezethetőség).
A tapintási és a maximálisan megengedhető hiba vizsgálatának módszereit az ISO 10360 szabvány 7. része és a VDI/VDE 2617 irányelv 6.1 oldala írja elő „in the image” és „on the image” mérésekre, valamint 2D-s és 3D-s mérőberendezésekre.
Az „in the image” elven működő mérőgépek közös jellemzője a könnyű kezelhetőség és a kiváló ergonómia. Mérési tartományukhoz képesti pontosságuk miatt azonban felhasználhatóságuk korlátozott és kizárólag 2D-s mérési feladatokra alkalmasak. A legtöbb mérési feladatnál a munkadarabméret és az előírt tűrés aránya „on the image” mérőgépek használat teszi szükségessé.
Forrás: Werth
