NO830530L

NO830530L - PROCEDURE AND DEVICE FOR CALIBRATION OF A MEASURING DEVICE INTENDED FOR MEASURING THE DIMENSION OF A BODY

Info

Publication number: NO830530L
Application number: NO830530A
Authority: NO
Inventors: Matti Sakari Suominen
Original assignee: Decon Ab Oy
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1983-02-16
Publication date: 1983-08-17
Also published as: SE8300872D0; DE3305129A1; SE8300872L; FI820510L

Description

IIN

Fremgangsmåte og anordning for kalibrering av en måleanordning beregnet for måling av dimensjonen hos et legeme. Method and device for calibrating a measuring device intended for measuring the dimension of a body.

Djsn foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte05eh anordning for kalibrering av en optisk måleanordning I bjeregnet for måling av dimensjonene hos et legeme. Det er I i heir tale om en anordning med hvilken man måler kun en stør-ireise, eksempelvis lengden av et legeme med et system som i I beistår åv en måleskala, en lyskilde, et speil og et kamera. The present invention relates to a method and a device for calibrating an optical measuring device intended for measuring the dimensions of a body. In this case, we are talking about a device with which one measures only a large distance, for example the length of a body with a system that consists of a measuring scale, a light source, a mirror and a camera.

i ! in !

;Innenfor området kjenner man et stort antall ulike slags !måleanordninger, hvilke fungerer ifølge et på lys basert prinsipp. Ulike anordninger er beheftet med ulike slag av i ulemper, av hvilke man som de vanligste må nevne; en stotr :mengde muligheter til målefeil, vanskelighet eller total I m- ajngel av kalibrering eller en spesiell natur for det an-i vendte lyset, eksempelvis laserlys, hvilket gjør systemet \ dyrt. Within the area, a large number of different types of !measuring devices are known, which work according to a light-based principle. Different devices are subject to different types of disadvantages, of which the most common must be mentioned; a large number of possibilities for measurement errors, difficulty or total difficulty of calibration or a special nature of the applied light, for example laser light, which makes the system \ expensive.

11 11

t!Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å unngå ulempe-ne ved den kjente teknikk og tilveiebringe en fremgangsmåte The purpose of the present invention is to avoid the disadvantages of the known technique and to provide a method

> og en anordning med hvilke målingen av en størrelse, ekséimp-I elvis lengde, kan utføres på en pålitelig og reproduserbar 'måte med anvendelse av en anordning ifølge oppfinnelsen, hvilken i sitt prinsipp er enkel, benytter vanlig lys og er billig. > and a device with which the measurement of a quantity, for example the length of a river, can be carried out in a reliable and reproducible manner using a device according to the invention, which is simple in principle, uses ordinary light and is cheap.

Ved måling av lengden av et bestemt objekt kan måleresul-!tåtet inneholde forskjellige slags feil, av hvilke de vik-tigste stammer fra kameraets tekniske egenskaper, kamerabts op1 tikk, kvaliteten på det ved avbildningen anvendte speil!, feilaktig plassering av kameraet, maleretningens avvikelse fira speil-kamera, kombinasjonens hovedakse eller eksempel-:vis strølys. Dertil kan det i avbildningsresultatet oppstå fe[ il på grunn av vibrasjon, varmeutvidelse eller tilsvareinde<,>forandringer. Vanligvis forårsaker feilen bildeulinearietetj,!hvilken i førstnevnte feilgruppes tilfelle er bestående pg [ I ved den sistnevnte gruppens tilfelle normalt er av tilfeldig When measuring the length of a specific object, the measuring result may contain various types of errors, the most important of which stem from the technical characteristics of the camera, the camera's optics, the quality of the mirror used for the imaging, incorrect positioning of the camera, deviation of the painting direction fira mirror camera, the main axis of the combination or, for example, stray light. In addition, errors may occur in the imaging result due to vibration, thermal expansion or corresponding changes. Usually the error causes image nonlinearity, which in the case of the former group of errors consists of pg [ I in the case of the latter group is normally of random

natur.nature.

i in

V!ed foreliggende oppfinnelse har man oppnådd å unngå mulig-hetene av at feilen som av feilkildene forårsakes i bildst With the present invention, it has been possible to avoid the possibility that the error caused by the error sources in the image

i in

vil utgjøre summen av samtlige av kildenes forårsakede fsil. Hovedfunksjonene hos den fortrinnsvis automatisk fungerebde anordning ifølge oppfinnelsen kan oppdeles i tre deler, ved hjelp av hvilke man på best mulig måte kan sikre måleresul-tatet. For det første utfører anordningen den egentlige målingen, for det andre utfører anordningen kalibreringen og fer det tredje i tillegg de som resultat av kalibreringen nøjdver-dige innstillinger. Ved å utføre samtlige av nevnte funkisjor-er automatisk og tilstrekkelig ofte, kan man garantere en will constitute the sum of all of the sources' caused fsil. The main functions of the preferably automatically functioning device according to the invention can be divided into three parts, with the help of which the measurement result can be secured in the best possible way. Firstly, the device performs the actual measurement, secondly, the device performs the calibration and thirdly, in addition, the necessary settings are made as a result of the calibration. By performing all of the aforementioned functions automatically and sufficiently often, one can guarantee a

miest mulig pålitelig og feilfri måling. miest possible reliable and error-free measurement.

Oppfinnelsen skal her belyses ved detaljert å beskrive denne ved hjelp av vedlagte hovedfigur 1, hvilken viser en for ut-førelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendte jan-ordning som anses spesielt fordelaktig, og fig. 2, hvilkjen viser en alternativ utførelsesform for en bakgrunnsplate. The invention shall be explained here by describing it in detail with the help of the attached main figure 1, which shows a jan arrangement used for carrying out the method according to the invention which is considered particularly advantageous, and fig. 2, which shows an alternative embodiment of a background plate.

Hovedkomponenten i anordningen ifølge fig. 1 og fig. la utgjøres av følgende deler; et paraboloid eller sirkulært speil 1, et vektorkamera 2, en belysningsanordning, med hvilken man belyser enten objektet som skal måles eller Jal-ternativt bakgrunnen (belysningsanordningen er ikke vistj) The main component of the device according to fig. 1 and fig. la is made up of the following parts; a paraboloid or circular mirror 1, a vector camera 2, a lighting device, with which one illuminates either the object to be measured or alternatively the background (the lighting device is not shown)

og en bakgrunn mot hvilken målingen skjer. Til kameraet er i sin tur tilkoblet en for behandling og omforming av dejts data beregnet anordning, eksempelvis en mikro datamaskinj. Hensikten med kameraet og speilkombinasjonen er å eliminere paraksialfeilen slik at kameraets stråler i iaktagelses-j retningen gjøres parallelle. I det bildet som på basis ajv målingen oppnås i kameraet, finnes intet perspektiv, idet objektets avstand fra kameraet ikke påvirker billedformen,1. and a background against which the measurement takes place. The camera is in turn connected to a device designed for processing and transforming the date's data, for example a micro computerj. The purpose of the camera and mirror combination is to eliminate the paraxial error so that the camera's rays in the observation direction are made parallel. In the image which, based on the measurement, is obtained in the camera, there is no perspective, as the object's distance from the camera does not affect the shape of the image,1.

I denne forbindelse skal det minnes om at et vektorkamera gir et endimensjonalt båndartet bilde av objektet. jMålet med oppfinnelsen er således en automatisk kalibrering jav målesystemet ved utnyttelse av mønsteret på bakgrunnsplat-jen 3. Mønsteret utgjøres av et dobbeltrutemønster 4, 5, In this connection, it should be remembered that a vector camera provides a one-dimensional band-like image of the object. The aim of the invention is thus an automatic calibration of the measuring system by utilizing the pattern on the background plate 3. The pattern consists of a double check pattern 4, 5,

iihrviitielkr eot g ogppjveninsoemr skavinvelkigse lenrdue temrø. rMkøe nosg truenge jenenr ombeskliinggleingede:.iihrviitielkr eot g ogppjveninsoemr skavinvelkigse lenrdue temrø. rMkøe nosg trenge jenenr ombesklingggleingede:.

jto rader, i hvilke i den ene på et vist sted finnes et lgjennomskinlig mønster når den andre er ugjennomskinlig. Bak i jto rows, in one of which in a given place there is a ltransparent pattern when the other is opaque. Back in

rutemønstrene 4, 5 befinner det seg lyskilder 6, 7, hvilke jfordelaktig utgjøres av vanlige utladningslamper, hvilke kan^slukkes respektive tennes via strømbrytere 10. Bakgrunnen<:>plasseres vinkelrett mot kameraets hovedakse 9 og i retn:.ngen ,med målearealet. Begge rutemønstre sees samtidig innenfor .kameraets måleområde. Strømbryterne 10 fungerer i praksis automatisk ifølge programmet for mirkodatamaskinen. Mellom lampene 6, 7 finnes en skjerm 8 slik at lampens skinn ikke skal belyse det andre rutemønsteret. in the grid patterns 4, 5 there are light sources 6, 7, which are advantageously made up of ordinary discharge lamps, which can be switched off or switched on via power switches 10. The background<:> is placed perpendicular to the camera's main axis 9 and in the direction with the measurement area. Both grid patterns are seen simultaneously within the camera's measuring range. The circuit breakers 10 in practice operate automatically according to the program for the microcomputer. Between the lamps 6, 7 there is a screen 8 so that the light of the lamp should not illuminate the second grid pattern.

I IN

i in

Kalibreringen skjer hovedsakelig på følgende måte: Man tenner det ene bakgrunnslys 6 idet det andre 7 holdes slukket, hvorji<->ved det belyste rutemønsteret 5 synes innenfor kameraets må Hie-iområde, hvoretter den tente lyskilden slukkes og den andre;7:tennes, hvorved det belyste, til sin kontrast motsatte rutemønsteret 4 synes i kameraet. Den tredje fasen innebærer .tenning av begge lys, hvorved rutemønsteret forsvinner fra kamerabildet. Kalibreringen skjer på basis av de to første bildene. En til kameraet 2 koblet mikrodatamaskin behandler! og sammenligner kalibreringsresultatene og utfører de nødvenj-dige innstillinger. The calibration mainly takes place in the following way: One turns on one background light 6 while the other 7 is kept off, whereby the illuminated grid pattern 5 appears within the camera's must Hie area, after which the lit light source is turned off and the other;7: is turned on, whereby the illuminated, to its contrast opposite grid pattern 4 appears in the camera. The third phase involves switching on both lights, whereby the grid pattern disappears from the camera image. The calibration takes place on the basis of the first two images. A microcomputer connected to the camera 2 process! and compares the calibration results and makes the necessary settings.

Dersom man anvender en i fig. 2 og fig. 2a vist bakgrunns- i! plate, skjer belysningen fra siden. Bakgrunnsplaten er blitt; d~ annet ved bøyning av en hensiktsmessig bred metallplatejj ellejr lignende, slik at den oppnår formen av en firkantbølge, ldeti innerflåtene, eksempelvis 8 hos fordypningene som synes ira j hver side fordelaktig er speilartet. Fordypningene synes I så-! ledes lyse på den siden fra hvilken platen belyses og forI<->dypningene på den andre siden er mørke. Lyskilden er dekket imed en ugjennomskinlig plate 3, slik at ikke lyset fra d^nne I skal treffe kameraet via andre deler enn fra selve måle-I skalaen. If you use one in fig. 2 and fig. 2a shown background- i! plate, the lighting is from the side. The background plate has become; d~ else by bending an appropriately wide metal platejj or the like, so that it achieves the shape of a square wave, ldeti the inner rafts, for example 8 at the recesses which seem ira j on each side advantageously mirror-like. The depressions seem so-! light is led on the side from which the plate is illuminated and the recesses on the other side are dark. The light source is covered with an opaque plate 3, so that the light from it will not hit the camera via parts other than from the measuring scale itself.

i Som fordeler hos kalibreringen ifølge oppfinnelsen sammen-ilignet med kjente systemer kan man anse følgende: i As advantages of the calibration according to the invention, compared to known systems, the following can be considered:

[Kalibreringen forstyrrer ikke målingen slik tilfellet er der-jspm kalibreringsskalaen er gjort fiksert på en flate for lys-;et som er beregnet for belysning av objektet, smuss og andre ;hindere'som forårsaker avskjermning kan utskilles således, at de synes i alle tre kalibreringsbilder, kalibreringen kan utføres kontinuerlig slik, at hvert bilde sikres til sin uklanderlighet ved avbildning av samme objekt i ulike belys*-ningsforhold etter hverandre. Ettersom kantene hos rute-mønsteret som synes i kalibreringsbildet til sin stilling er kjent, kan feilen som forårsakes av kameraets optikk <j>g av speilet reduseres. Det endelige kalibreringsresultate t. utp gjøres av en bitvis kontinuerlig lineær måleskala, ved h<y>is anvendelse via billedinformasjonen på en enkel måte oppnås ! I den absolutte måleverdien. Videre kan det konstateres, at i man ifølge oppfinnelsen oppnår en lett styring av innstil-Ilingene, slik som allerede nevnt, retningsfeilen kan like- j:ledes enkelt kompenseres, strølys påvirker ikke målingenj ettersom målingene utføres såvel mot lys som mot den mørke<:>i bakgrunnen. Til slutt skal det fastslås at feil som forårsakr es av vibrasjon er små, vibrasjoner som er kortere enn av- ! [The calibration does not interfere with the measurement as is the case where, for example, the calibration scale is fixed on a surface for the light which is intended for illuminating the object, dirt and other obstacles which cause shielding can be separated in such a way that they appear in all three calibration images, the calibration can be carried out continuously so that each image is guaranteed to be flawless by imaging the same object in different lighting conditions one after the other. As the edges of the grid pattern appearing in the calibration image are known to their position, the error caused by the camera optics <j>g of the mirror can be reduced. The final calibration result t. output is made by a bitwise continuous linear measuring scale, by h<y>is application via the image information in a simple way is achieved ! In the absolute measurement value. Furthermore, it can be stated that, according to the invention, an easy control of the settings is achieved, as already mentioned, the direction error can also be easily compensated, stray light does not affect the measurement, as the measurements are carried out both against light and against the dark: >in the background. Finally, it must be established that errors caused by vibration are small, vibrations that are shorter than af- !

i i bildningsperioden integreres, vibrasjoner med samme periode forårsaker unøyaktighet i bildet og vibrasjoner med lengre periode kan lett elimineres ved kontinuerlig kalibrering!j i in the imaging period is integrated, vibrations with the same period cause inaccuracy in the image and vibrations with a longer period can be easily eliminated by continuous calibration!j

i in

Claims

in ; In 1d!n. arrangement Fbreemrgegangget småfotr e mfoår likng alaiv brderimining sajv oneen n hoopts isek t <m> le <å> g <le> em <-> e,

as the measuring device consists of a vector camera (2) and a

in circular or paraboloid mirror (1), by means of which

! the light rays are reflected to the camera, as well as a device connected to the camera, for example a microcomputer, for processing the camera's image material, character

cert in that the calibration is carried out by imaging with

; the camera (2) of at least one illuminated measuring scale (4), which as well

with respect to its pattern, which is known to its boundary points, and by comparing the obtained image with a known one, I as well as by making the necessary settings on the basis of the Siamese equation.

l 2. Procedure as stated in claim 1, character-

, i.e. in that the calibration is carried out by imaging two parallel measuring scales, both of which are simultaneously visible in the camera's measuring range.

3. Method as specified in claim 2, characterized in that the imaging of the two measuring scales |4, 5) is carried out in turn by alternately illuminating the measuring scales vI with the help of light sources (6, 7) placed behind them. !

4. Method as stated in one of the preceding claims, characterized in that the calibration is carried out by also imaging the two illuminated scales (4, 5) at the same time

5. Procedure as indicated in one of the preceding|! claim 1, characterized in that the calibration is performed automatically according to the program for a microcomputer. ,

! i i 6. Device for calibrating an optical measuring device intended for measuring the dimension of a body, i idet

! the measuring device consists of a vector camera (2) and a circular or paraboloid mirror (1), with which the light sources|ref -

It is connected to the camera, as well as a device connected to the camera, for example a microcomputer, with the help of which the camera's image material is processed, characterized by the fact that it includes at least one measuring scale known with respect to its pattern and to its boundary points (4) and a light source (7) to illuminate the scale (4) against a calibration background.

lIij7. s Device as specified in claim 6, characterized by the fact that there are two measuring scales (4, 5) and that they are located parallel with respect to each other, as well as that both measuring scales have their own lighting device, seen from the camera behind them (6, 7), which lighting devices are separated from each other by means of a screen (8).

, I 8 i Device as specified in claim 6 or 7, characterized in that the pattern of the measuring scale consists of transparent and opaque parts, which are located in the parallel measuring scales (4, 5) so that the transparent part of a scale corresponds to the opaque with the other.

: i 9 i Device as specified in one of the preceding claims 6-8, characterized in that the lighting device (6, 7) consists of discharge lamps, which extend substantially along the entire length of the measuring scale (4, 5). j

: 1 i I 10. Device as specified in one of the preceding claims j 6-9, characterized in that the measuring scales (4,5)!

j is situated perpendicular to the main axis (9) of the camera (2)[ as the longitudinal direction of the measuring scale coincides with the measuring area of the camera.

in