DE102006034350A1

DE102006034350A1 - Method and device for calibrating an electronic camera

Info

Publication number: DE102006034350A1
Application number: DE102006034350A
Authority: DE
Inventors: Andreas FLÖTER; Dirk Braun; Marcus Drath
Original assignee: BST International GmbH
Current assignee: BST GmbH
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-01-31
Also published as: WO2008011989A3; WO2008011989A2; EP2050282A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektronischen Kamera oder eines Sensors, insbesondere einer Zeilenkamera, in der einer Reihe von Bildpunkten bzw. Pixeln auf der Projektionsebene (P) der Kamera fortlaufende Nummern zugeordnet werden können, und der durch die Optik der Kamera erfassbare Messbereich mittels eines Kalibrierstücks in Hell/Dunkel-Übergänge mit bekanntem Abstand voneinander aufgeteilt wird, wobei jedem Hell/Dunkel-Übergang eine bestimmte Pixel-Nummer zugeordnet wird, eine Auswertung der festgestellten Hell/Dunkel-Übergänge dahingehend vorgenommen wird, welche der Hell/Dunkel-Übergänge von möglicherweise mehreren Ebenen einer oberen und welche einer unteren Ebene des Kalibrierstücks zuzuordnen sind, und berechnet wird, wo ein Hell/Dunkel-Übergang auf der unteren Ebene anzuordnen ist, wenn nur der senkrecht darüber liegende Hell/Dunkel-Übergang auf der oberen Ebene wegen schräger Betrachtung durch die Kamera sichtbar ist.The invention relates to a method for calibrating an electronic camera or a sensor, in particular a line camera, in which a number of pixels or pixels on the projection plane (P) of the camera consecutive numbers can be assigned, and the detectable by the optics of the camera measuring range by means of a calibration piece into light / dark transitions with a known distance from each other is divided, each light / dark transition is assigned to a specific pixel number, an evaluation of the detected light / dark transitions is made to the effect of which the light / dark Transitions of possibly several levels are to be assigned to an upper and which to a lower level of the calibration piece, and it is calculated where a light / dark transition is to be arranged on the lower level, if only the vertical overlying light / dark transition on the upper level because of oblique viewing through the camera is visible.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer elektronischen Kamera oder eines elektronischen Sensors, insbesondere einer Zeilenkamera.The The invention relates to a method and a device for calibrating an electronic camera or an electronic sensor, in particular a line camera.

Elektronische Zeilenkameras werden im industriellen Bereich unter anderem zur Kantenabtastung beispielsweise von Materialbahnen für die Bahnlaufregelung oder dazu verwendet, die Breite einer Materialbahn zu messen. Hierbei wird die Zeilenkamera über der Materialbahn quer zur Erstreckung der zu messenden Kante angeordnet, wobei durch die nicht immer exakte Positionierung der Kamera und durch eine Verzerrung der Optik der Kamera Ungenauigkeiten bei der Messung und bei der Positionsbestimmung auftreten.electronic Line scan cameras are used in the industrial sector, among others Edge scanning for example of webs for web guiding or used to measure the width of a web of material. in this connection is the line scan over the material web arranged transversely to the extension of the edge to be measured, whereby by the not always exact positioning of the camera and by a distortion of the optics of the camera inaccuracies in the Measurement and occur in the position determination.

Die verwendete Optik weist stets eine gewisse Verzerrung auf. 3 erläutert einen daraus entstehenden Messfehler, wobei gleich große Abstände A, B, C und D des realen Objektes als verschieden große Abstände A', B', C' und D' in der Kamera abgebildet werden.The optics used always has a certain distortion. 3 explains a resulting measurement error, with equal distances A, B, C and D of the real object as different distances A ', B', C 'and D' are mapped in the camera.

Auch die Dicke des zu messenden Materials führt in Abhängigkeit vom Blickwinkel der Kamera zu einer Verfälschung der Messung durch eine Abschattung der Kante, weil oben liegende Kanten den Blick auf darunter liegende Kanten versperren, wenn die zu messende Kante nicht senkrecht unter der Kamera liegt. 4 erläutert dies anhand des Punktes A, der für die Kamera nicht sichtbar ist. Die Kamera erfasst die Außenkante des Objektes bei A', während die rechte Außenkante am Punkt B fehlerfrei erkannt wird.The thickness of the material to be measured also leads to a falsification of the measurement due to shading of the edge, depending on the viewing angle of the camera, because the edges above block the view of underlying edges, if the edge to be measured is not vertically under the camera. 4 explains this with reference to point A, which is not visible to the camera. The camera detects the outer edge of the object at A ', while the right outer edge is detected at point B without errors.

In der Praxis ist die Projektionsebene in der Kamera meist nicht exakt parallel zu der betrachteten Ebene ausgerichtet. Dadurch entsteht eine Unsymmetrie zwischen betrachteter Ebene und Projektionsebene der Kamera, sodass, wie 5 zeigt, gleich große Abstände a und b des realen Objektes in der Kamera als Abstände a' und b' unterschiedlich groß abgebildet werden. Dieser Fehler kann zwar durch eine parallele Ausrichtung eliminiert werden, jedoch ist eine exakte parallele Ausrichtung der Kamera zur Messebene mit erheblichem Aufwand verbunden.In practice, the projection plane in the camera is usually not aligned exactly parallel to the considered plane. This creates an imbalance between the considered plane and the projection plane of the camera, so that, like 5 shows equal distances a and b of the real object in the camera as distances a 'and b' are shown differently sized. Although this error can be eliminated by a parallel alignment, however, an exact parallel alignment of the camera to the measurement level associated with considerable effort.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektronischen Kamera, ins besondere einer Zeilenkamera, vorzuschlagen, mittels dem die beschriebenen Messfehler kompensiert werden und eine Messgenauigkeit erreicht wird, die im Wesentlichen nur noch von der Auflösung der verwendeten Kamera abhängt.task The invention is a method for calibrating an electronic Camera, in particular a line camera to propose, by means of the described measurement errors are compensated and a measurement accuracy is achieved, which is essentially only on the resolution of the used camera depends.

Erfindungsgemäß wird ein Kalibrierstück mit wenigstens zwei in Blickrichtungen der Kamera übereinander liegenden, definierten Ebenen verwendet, wobei in dem Kalibrierstück eine Reihe von Löchern ausgebildet ist, deren Größe und Abstand voneinander bekannt ist. Anhand dieses Kalibrierstücks kann die Kamera eine Falschmessung infolge abgeschatteter Kanten (4) und eine Verzerrung infolge mangelnder Parallelität (5) ausschließen, wobei zugleich eine Verzerrung infolge fehlerbehafteter Optik kompensiert wird. Damit hängt die Messgenauigkeit der Kamera nur noch von der Maßhaltigkeit des Kalibrierstückes ab.According to the invention, a calibration piece is used with at least two defined planes lying one above the other in the direction of view of the camera, wherein a series of holes whose size and distance from one another are known are formed in the calibration piece. Based on this calibration piece, the camera can make a wrong measurement due to shaded edges ( 4 ) and distortion due to lack of parallelism ( 5 ), while at the same time compensating for distortion due to erroneous optics. Thus, the measurement accuracy of the camera depends only on the dimensional accuracy of the calibration piece.

Es werden im Messbereich der Kamera mittels des Kalibrierstücks mit vorgegebenen räumlichen Abmessungen und vorgegebenen parallelen Ebenen beabstandete Hell/Dunkel-Übergänge an vorbestimmten Stellen ausgebildet, denen Pixel-Nummern zugeordnet werden, worauf bestimmt wird, welche der Hell/Dunkel-Übergänge auf einer oberen oder unteren Ebene des Kalibrierstücks angeordnet sind. Den betreffenden Pixel-Nummern wird ein entsprechender Informationswert "oben" oder "unten" zugeordnet. Den beiderseits der senkrechten Betrachtungslinie liegenden Pixelnummern mit dem Informationswert "oben" wird weiterhin ein Korrekturwert zugeordnet, der auf der Basis des Abstands der parallelen Ebenen am Kalibrierstück und in Abhängigkeit von der Entfernung von der senkrechten Betrachtungslinie angibt, wo bei der betreffenden Pixelnummer ein Hell/Dunkel-Übergang auf der unteren Ebene senkrecht unterhalb des Hell/Dunkel-Übergangs auf der oberen Ebene anzuordnen ist, wenn durch einen schrägen Betrachtungswinkel ein Hell/Dunkel-Übergang auf der unteren Ebene nicht sichtbar ist.It are included in the measuring range of the camera by means of the calibration piece given spatial Dimensions and predetermined parallel planes spaced light / dark transitions at predetermined Forms trained to which pixel numbers are assigned, whereupon It is determined which of the light / dark transitions on an upper or lower Level of the calibration piece are arranged. The relevant pixel numbers will be a corresponding Information value "top" or "bottom" assigned. The pixel numbers lying on either side of the vertical viewing line with the information value "above" will continue to be Correction value assigned based on the distance of the parallel Layers on the calibration piece and depending indicating from the distance from the vertical line of sight where at the relevant pixel number a light / dark transition on the lower level, vertically below the light / dark transition to arrange on the upper level, if by an oblique viewing angle a light / dark transition is not visible on the lower level.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe Invention will be explained with reference to the drawing, for example. It demonstrate

1 die Anordnung einer Zeilenkamera über einer Materialbahn, deren gegenüberliegende Kanten gemessen werden, 1 the arrangement of a line camera over a material web whose opposite edges are measured,

2 schematisch den Strahlengang zwischen Projektionsebene in der Kamera und Messbereich, 2 schematically the beam path between the projection plane in the camera and measuring range,

3–5 Darstellungen zur Erläuterung von Messungenauigkeiten, 3 - 5 Illustrations for explaining measurement inaccuracies,

6 eine Ansicht eines Kalibrierstücks, 6 a view of a calibration piece,

7 in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt eines Kalibrierstücks, 7 in perspective view a section of a calibration piece,

8 eine Darstellung zur Detektion der Ebenen am Kalibrierstück, 8th a representation for the detection of the planes on the calibration piece,

9 die sich aus 8 ergebende Projektion auf die lichtempfindliche Ebene bzw. Projektionsebene in der Kamera, und 9 which are out 8th resulting projection on the photosensitive plane or projection level in the camera, and

10 eine Schnittdarstellung des Kalibrierstücks zur Erläuterung der Dickenkompensation. 10 a sectional view of the calibration piece to explain the thickness compensation.

In 1 ist mit 1 eine elektronische Zeilenkamera oder ein Zeilensensor bzw. eine CCD-Kamera mit einem linienförmigen Sichtbereich bezeichnet, die im Folgenden nur als Kamera bezeichnet wird.In 1 is with 1 an electronic line scan camera or a line sensor or a CCD camera with a line-shaped field of view referred to, which is hereinafter referred to only as a camera.

Mit 2 ist eine Materialbahn als Beispiel eines zu messenden Werkstückes bzw. Objektes dargestellt, die stationär angeordnet sein kann oder sich in Richtung des Pfeiles X bewegt. Der linienförmige Abtastbereich der Kamera erstreckt sich quer zu den gegenüberliegenden Kanten K1 und K2 der Materialbahn 2, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine stabförmige Lichtquelle 3 unter der Materialbahn 2 angeordnet ist, um den Messbereich der Kamera auszuleuchten. Anstelle des dargestellten Durchlichtverfahrens kann auch ein Auflichtverfahren für die Messung und die Kalibrierung verwendet werden, bei dem die Lichtquelle über der Materialbahn 2 angeordnet ist und der Messbereich von oben ausgeleuchtet wird. Beim Durchlichtverfahren erscheint das Messobjekt dunkel. Die Kontrastübergänge zwischen Hell- und Dunkelwert ergeben die Messung der Kanten K1 und K2. Je nach Auflösung der Kamera sind in deren Projektionsebene Pixel bzw. Bildpunkte von z. B. 0 bis 5.000 in einer Linie vorhanden, die in 1 in der Grafik der Messung wiedergegeben sind.With 2 a material web is shown as an example of a workpiece or object to be measured, which may be arranged stationary or moves in the direction of the arrow X. The line-shaped scanning region of the camera extends transversely to the opposite edges K1 and K2 of the material web 2 , wherein in the illustrated embodiment, a rod-shaped light source 3 under the material web 2 is arranged to illuminate the measuring range of the camera. Instead of the illustrated transmitted light method, an incident light method for the measurement and the calibration can also be used, in which the light source is above the material web 2 is arranged and the measuring range is illuminated from above. In the transmitted light method, the measured object appears dark. The contrast transitions between light and dark values result in the measurement of edges K1 and K2. Depending on the resolution of the camera pixels or pixels of z. B. 0 to 5,000 in a line present in 1 in the graph of the measurement.

Durch die wiedergegebene Messanordnung kann beispielsweise die Breite der Materialbahn 2 anhand des Abstandes der Kanten K1 und K2 gemessen werden. Es ist auch möglich, die Lage einer einzelnen Kante zu messen und diese für die Bahnlaufregelung zu verwenden. Die dargestellte Anordnung kann auch für die Mittenregelung einer laufenden Materialbahn verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, über jeder Kante eine Kamera zu positionieren. In einem solchen Fall ist es erforderlich, beide Kameras mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren zu kalibrieren.By reproducing the measuring arrangement, for example, the width of the material web 2 be measured by the distance of the edges K1 and K2. It is also possible to measure the position of a single edge and use it for web guiding. The arrangement shown can also be used for the center control of a moving material web. Furthermore, it is possible to position a camera over each edge. In such a case, it is necessary to calibrate both cameras using the procedure described below.

2 zeigt schematisch den Strahlengang zwischen der Projektionsebene P der Kamera und dem Messbereich. In der Projektionsebene P sind Pixel mit den Nummern 0 bis beispielsweise 5.000 vorhanden. Durch die vorgegebene Optik wird ein bestimmter Messbereich erfasst. Die Kanten eines im Messbereich liegenden Objektes (Kalibrierstück) werden durch Hell/Dunkel-Übergänge erfasst, wobei jedem Hell/Dunkel-Übergang eine Pixel-Nummer zugeordnet werden kann. Bei dieser Darstellung liegt die Mitte der Projektionsebene senkrecht über dem rechten Ende des Kalibrierstückes. Diese Ausrichtung ist zufällig und muss für das Kalibrierverfahren nicht eingehalten werden. 2 schematically shows the beam path between the projection plane P of the camera and the measuring range. In the projection plane P, there are pixels with numbers 0 through 5,000, for example. Due to the given optics, a certain measuring range is recorded. The edges of an object (calibration piece) lying in the measuring range are detected by light / dark transitions, whereby a pixel number can be assigned to each light / dark transition. In this illustration, the center of the projection plane is perpendicular above the right end of the calibration piece. This alignment is random and does not need to be followed for the calibration procedure.

Nachdem die Kamera über dem zu messenden Objekt positioniert und ausgerichtet ist, wird eine Kalibrierung der Kamera durchgeführt, bevor mit der Messung begonnen wird, um die einleitend beschriebenen Messfehler auszugleichen, wobei die Position der Kamera nicht mehr verändert wird.After this the camera over becomes positioned and aligned with the object to be measured performed a calibration of the camera before using the measurement is started to compensate for the measurement errors described in the introduction, the position of the camera is no longer changed.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lang gestreckten Kalibrierstücks 4, das aus Montagegründen als Winkelstück ausgebildet ist und auf dem längeren Schenkel eine Reihe von Löchern 5 aufweist. Dieses Kalibrierstück 4 wird bei der Messanordnung in 1 anstelle der Materialbahn 2 über der Lichtquelle 3 angeordnet, sodass die Lochreihe 5 von unten beleuchtet wird und die Kamera die Hell/Dunkel-Übergänge an den einzelnen Löchern erfassen kann. 6 shows an embodiment of an elongated calibration piece 4 , which is designed for assembly reasons as an angle piece and on the longer leg a series of holes 5 having. This calibration piece 4 is in the measuring arrangement in 1 instead of the material web 2 over the light source 3 arranged so that the row of holes 5 illuminated from below and the camera can capture the light / dark transitions at the individual holes.

7 zeigt im Einzelnen den Aufbau des Kalibrierstücks, das in 8 und 10 in einem Längsschnitt wiedergegeben ist. 7 shows in detail the structure of the calibration piece, which in 8th and 10 is shown in a longitudinal section.

Das Kalibrierstück 4 wird vorzugsweise aus einem maßhaltigen Material, wie beispielsweise Stahlblech, gefertigt. Die Dicke des streifenförmigen Kalibrierstücks wird in der Größenordnung der Dicke des zu messenden Materials, beispielsweise der Materialbahn 2 gewählt. Über die Länge des in 7 wiedergegebenen streifenförmigen Kalibrierstücks 4 sind angesenkte Löcher 5a und 5b ausgebildet, die abwechselnd von den gegenüberliegenden Seiten in das Kalibrierstück 4 eingebracht sind. Durch eine Senkung der Löcher ergeben sich schräge Seitenflanken 5c beispielsweise in einem Winkel von 45° zur Ebene des Kalibrierstücks (8 un 10), damit die Kamera auch unter einem schrägen Blickwinkel die Kanten der unten liegenden Löcher 5a erkennen kann. Die Ausführung der Senkung kann auch einen anderen Winkel als 45° haben oder es können Stufen in den Seitenflanken 5c der Löcher ausgebildet werden. Wie 10 zeigt, sind nahe der Verengung der Löcher Ringnuten 5d eingefräst, um eine definierte Lage der zu messenden Kanten in einem Lochbereich zu erhalten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Ebenen auf verschiedenen Höhen definiert, deren Abstand voneinander bekannt ist. Die Löcher 5a, 5b haben gleiche Formgebung und vorgegebene gleiche Abstände voneinander.The calibration piece 4 is preferably made of a dimensionally stable material, such as steel sheet. The thickness of the strip-shaped calibration piece is of the order of magnitude of the thickness of the material to be measured, for example the material web 2 selected. About the length of in 7 reproduced strip-shaped calibration piece 4 are countersunk holes 5a and 5b formed alternately from the opposite sides into the calibration piece 4 are introduced. By lowering the holes, sloping side edges result 5c for example at an angle of 45 ° to the plane of the calibration piece ( 8th U.N 10 ), so that the camera even at an oblique angle, the edges of the holes below 5a can recognize. The design of the countersink can also have an angle other than 45 ° or there may be steps in the side flanks 5c the holes are formed. As 10 shows, are near the narrowing of the holes annular grooves 5d milled in order to obtain a defined position of the edges to be measured in a hole area. In the illustrated embodiment, two levels are defined at different levels, the distance of which is known. The holes 5a . 5b have the same shape and given equal distances from each other.

Anstelle der wiedergegebenen runden Löcher können auch rechteckige, ovale oder anders geformte Löcher in dem Kalibrierstück 4 ausgebildet sein. Im Falle von rechteckigen Löchern oder Durchbrechungen können lediglich die quer zur Längsrichtung des Kalibrierstückes 4 liegenden Kanten entsprechend den Flanken 5c abgeschrägt sein.Instead of the reproduced round holes can also rectangular, oval or other shaped holes in the Kalibrierstück 4 be educated. In the case of rectangular holes or openings, only the transverse to the longitudinal direction of the Kalibrierstückes 4 lying edges corresponding to the flanks 5c beveled.

Das in 6 wiedergegebene Ausführungsbeispiel eines Kalibrierstücks 4 weist eine Reihe von 26 Kalibrierlöchern 5a, 5b sowie Bohrungen 4a zur Befestigung an der jeweiligen Messstelle auf. Die Anzahl der Kalibrierlöcher richtet sich nach der Größe bzw. Länge der Messstelle und nach den Anforderungen an die Messgenauigkeit. Damit exakte Ebenen an der Lochreihe vorgegeben werden, sind die Löcher 5a, 5b in einer streifenförmigen Ausfräsung 4b ausgebildet, wobei durch die streifenförmige Fräsung auf der Ober- und Unterseite exakt parallele Ebenen um die Löcher 5a, 5b vorgegeben werden.This in 6 reproduced embodiment of a calibration piece 4 has a number of 26 calibration holes 5a . 5b as well as drilling 4a for attachment to the respective measuring point. The number of calibration holes depends on the size or length of the measuring point and on the requirements of the measuring accuracy. So that exact levels are given at the row of holes, the holes are 5a . 5b in a strip-shaped cutout 4b formed, with the strip-shaped milling on the top and bottom exactly parallel planes around the holes 5a . 5b be specified.

Zur Kalibrierung der Kamera wird das Kalibrierstück 4 auf die gleiche Ebene gelegt, in der später das Werkstück bzw. die Materialbahn 2 liegt. Es kann auch eine dazu parallele Ebene oberhalb oder unterhalb gewählt werden. Das Kalibrierstück 4 kann den ganzen Messbereich abdecken oder auch kürzer als der Messbereich ausgebildet sein. Im letzteren Falle erfolgt die Kalibrierung in mehreren Schritten dadurch, dass das Kalibrierstück in verschiedenen Positionen über die ganze Länge des Messbereichs angeordnet wird und in jeder Position eine Kalibrierung ausgeführt wird. Die schrittweise Positionierung des Kalibrierstücks 4 über die Länge des Messbereichs kann in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden. Eine optimale Kalibrierung wird erreicht, wenn die gesamte Breite des Messbereichs von solchen Teilkalibrierungen erfasst wird und sich die Teilbereiche überlappen, d. h. die verschiedenen Positionen des Kalibrierstücks über die Länge des Messbereichs überlappend gewählt werden.The calibration piece is used to calibrate the camera 4 placed on the same level, in the later the workpiece or the material web 2 lies. You can also choose a plane parallel to it above or below. The calibration piece 4 can cover the entire measuring range or be designed shorter than the measuring range. In the latter case, the calibration is performed in several steps by arranging the calibration piece in different positions over the entire length of the measuring range and carrying out a calibration in each position. The stepwise positioning of the calibration piece 4 Over the length of the measuring range can be made in any order. An optimal calibration is achieved if the entire width of the measuring range is detected by such partial calibrations and the partial ranges overlap, ie the different positions of the calibrating piece are selected over the length of the measuring range overlapping.

Die Kalibrierung erfolgt mithilfe einer Recheneinrichtung. Die elektronische Recheneinrichtung kann auf einem PC, einer Industriesteuerung, einem portablen Kleinrechner oder auch in der Kamera bzw. im Sensor selbst implementiert sein. Auf der Recheneinrichtung wird die Form und Gestalt des Kalibrierstücks eingespeichert. Mit anderen Worten ist der Abstand der Löcher und die Form der Löcher des Kalibrierstücks in der Recheneinrichtung hinterlegt. Die Löcher können unterschiedliche Abstände voneinander haben und es können auch die Löcher selbst eine unterschiedliche Formgebung haben. Das beschriebene Ausführungsbeispiel eines Kalibrierstücks zeigt nur der Einfachheit halber gleich geformte Löcher in gleichen Abständen.The Calibration is done using a calculator. The electronic Computing device may be on a PC, an industrial controller, a Portable small computer or in the camera or in the sensor itself be implemented. On the computing device, the shape and Shape of the calibration piece stored. In other words, the distance between the holes and the shape of the holes of the calibration piece deposited in the computing device. The holes can be different distances from each other have and can also the holes even have a different shape. The described embodiment a calibration piece shows only the same shape holes for the sake of simplicity in the same Intervals.

Bei der Kalibrierung wird das Kalibrierstück 4 bzw. dessen Lochreihe im Messbereich durch die Kamera abgetastet, wobei die festgestellten Hell/Dunkel-Übergänge erfasst und abgespeichert werden. Bei dem längs des Messbereichs angeordneten Kalibrierstück 4 wird jedes Kalibrierloch 5a, 5b von der Kamera in einem anderen Blickwinkel erfasst. 8 zeigt den Strahlengang für einige Kalibrierlöcher, die sich am Rand des Sichtbereichs der Kamera befinden. Durch die Senkung der Kalibrierlöcher können auch die Kanten der unten liegenden Kalibrierlöcher 5a trotz des schrägen Blickwinkels der Kamera erkannt werden.The calibration becomes the calibration piece 4 or its row of holes in the measuring range scanned by the camera, the detected light / dark transitions are detected and stored. In the case of the calibration piece arranged along the measuring range 4 gets every calibration hole 5a . 5b captured by the camera in a different angle. 8th shows the beam path for some calibration holes located at the edge of the field of view of the camera. Lowering the calibration holes can also reduce the edges of the bottom calibration holes 5a despite the camera's oblique angle of view.

9 zeigt die der 8 entsprechende Projektion auf die lichtempfindliche Projektionsebene P in der Kamera. Zur Verdeutlichung des Strahlengangs sind die die hellen Bereiche wiedergebenden Strahlengänge schraffiert in 9 wiedergegeben. Aufgrund der Umkehrung der Abbildung durch die Optik entspricht das in 8 im Durchlichtverfahren von unten beleuchtete Loch 5a1 der Projektionslinie 5a1 in 9. Die dunkel erscheinende Flanke 5c1 dieses Kalibrierloches wird auf der Projektionsebene P der Kamera als Linie 5c1 in 9 abgebildet. Daran anschließend wird das am Kalibrierstück 4 oben bzw. in der oberen Ebene liegende Kalibrierloch 5b1 als helle Projektionslinie 5b1 in 9 abgebildet. Der in 8 von der Kamera nahezu senkrecht betrachtete Steg bzw. die Flanke 5c2 zwischen den benachbarten Kalibrierlöchern 5b1 und 5a2 erscheint in der Projektion auf der Kameraebene als dunkle lange Linie 5c2, an die sich die helle Linie 5a2 des unten liegenden Kalibrierloches 5a2 anschließt. Der in 8 stirnseitig betrachtete Steg 5c22 erscheint in der Projektionsfläche als kurze dunkle Linie 5c22. In entsprechender Weise schließen sich die hellen Bereiche 5b2 und 5a3 der oben und unten liegenden Kalibrierlöcher 5b2 und 5a3 in 9 an, wobei der Steg 5c31 als lange dunkle Linie auf der Projektionsfläche in 9 erscheint. 9 shows the the 8th corresponding projection on the photosensitive projection plane P in the camera. To clarify the beam path, the light paths reproducing the bright areas are hatched in FIG 9 played. Due to the reversal of the image by the optics corresponds to in 8th in the transmitted light method from bottom illuminated hole 5a1 the projection line 5a1 in 9 , The dark-seeming flank 5c1 This calibration hole is displayed on the projection plane P of the camera as a line 5c1 in 9 displayed. Then this is done on the calibration piece 4 above or in the upper level lying calibration hole 5b1 as a bright projection line 5b1 in 9 displayed. The in 8th from the camera almost vertically considered bridge or the flank 5c2 between the adjacent calibration holes 5b1 and 5a2 appears in the projection at the camera level as a dark long line 5c2 to which the bright line 5a2 of the bottom calibration hole 5a2 followed. The in 8th frontally viewed bridge 5c22 appears in the screen as a short dark line 5c22 , Similarly, the bright areas close 5b2 and 5a3 the top and bottom calibration holes 5b2 and 5a3 in 9 on, with the bridge 5c31 as a long dark line on the screen in 9 appears.

Die Projektionsfläche P in 9 ist beispielhaft um einen Winkel von etwa 10° gegenüber den Messbereich, der einer horizontalen Linie entspricht, geneigt, um zu zeigen, dass die Abbildung des Kalibrierstückes 4 in der Kamera auch dann voll auswertbar ist, wenn die Projektionsfläche P der Kamera in einer Fehlstellung von etwa 10° in der senkrechten Ebene der Sichtstrahlen relativ zum Messbereich geneigt angeordnet sein sollte. Eine Fehlstellung von etwa 10° liegt außerhalb einer in der Praxis auftretenden Fehlstellung, die maximal in der Größenordnung bis 5° liegen dürfte. Auch wenn die Kamera schräg zur Ebene des Messbereichs angeordnet sein sollte, wird somit trotz dieser schlechten Positionierung eine hohe Genauigkeit erzielt, wie sich aus folgenden Ausführungen ergibt.The projection surface P in 9 By way of example, an angle of about 10 ° with respect to the measuring range corresponding to a horizontal line is inclined to show that the image of the calibrating piece 4 in the camera is fully evaluated even if the projection surface P of the camera should be arranged inclined in a misalignment of about 10 ° in the vertical plane of the visual beams relative to the measuring range. A misalignment of about 10 ° is outside of a malposition occurring in practice, which should be maximum of the order of 5 °. Even if the camera should be arranged obliquely to the plane of the measuring range, thus a high accuracy is achieved despite this poor positioning, as can be seen from the following statements.

In der Abbildung in 9 ist deutlich zu erkennen, dass auf der Projektionsfläche P der Kamera die dunklen Bereiche 5c zwischen den Kalibrierlöchern 5a, 5b unterschiedlich lang sind. Daraus ist erkennbar, dass die benachbarten, ein Kalibrierloch wiedergebenden hellen Bereiche einem am Kalibrierstück oben bzw. unten liegenden Kalibrierloch entsprechen. Liegt in 8 links des Kalibrierloch 5a1 auf der unteren Ebene, und das nächste Loch 5b1 rechts davon oben, so ist der dunkle Bereich kurz und im umgekehrten Falle lang. Hierdurch wird anhand der Abbildung auf der Projektionsfläche P der Kamera eine eindeutige Zuordnung möglich, auf welcher Ebene sich ein Kalibrierloch befindet.In the picture in 9 It can be clearly seen that on the projection surface P of the camera, the dark areas 5c between the calibration holes 5a . 5b are different lengths. From this it can be seen that the adjacent bright areas reproducing a calibration hole correspond to a calibration hole located at the top or bottom of the calibration piece. Located in 8th left of the calibration hole 5a1 on the lower level, and the next hole 5b1 on the right above, the dark area is short and, in the reverse case, long. As a result, an unambiguous assignment is possible on the basis of the image on the projection surface P of the camera, on which Level there is a calibration hole.

Alle Kalibrierlöcher auf der unteren und oberen Ebene haben die gleiche Gestalt bzw. den gleichen Durchmesser, sie sind lediglich abwechselnd seitenverkehrt am Kalibrierstück positioniert, wobei sie voneinander jeweils den gleichen Abstand haben. Diese Abmessungen sind in der Recheneinrichtung als feste Werte abgespeichert.All Kalibrierlöcher on the lower and upper levels have the same shape or the same diameter, they are only alternately reversed on the calibration piece positioned, each with the same distance from each other to have. These dimensions are fixed in the computing device Values saved.

Die von der Kamera erkennbaren Kanten des Kalibrierstücks erscheinen als Hell/Dunkel-Übergänge, denen eine bestimmte Pixel-Nummer zugeordnet wird. Die abgebildeten Kalibrierlöcher werden insgesamt derart bewertet, dass beispielsweise Löcher mit einer geraden Zahl auf der einen Ebene liegen und Löcher mit einer ungeraden Zahl auf der anderen Ebene, wobei die Pixel fortlaufend nummeriert werden.The from the camera recognizable edges of the calibration appear as light / dark transitions, which a specific pixel number is assigned. The illustrated calibration holes are total evaluated such that, for example, holes with an even number lying on one level and holes with an odd number on the other level, with the pixels consecutively numbered.

Sollten einzelne Löcher einer Gruppe bzw. die Abbildung der Löcher infolge starker Verzerrung, Rauschen oder anderer Effekte von der Mehrheit dieser Gruppe abweichen, so werden diese Abweichungen aufgrund der bekannten Reihenfolge von oben und unten liegenden Löchern korrigiert, sodass eine falsche Zuordnung eines ungenau abgebildeten Lochbereichs praktisch ausgeschlossen ist.Should individual holes a group or the image of the holes due to strong distortion, noise or other effects differ from the majority of this group, so These deviations are due to the known order of top and bottom holes corrected, so that an incorrect assignment of an imprecisely imaged hole area is practically excluded.

In einem weiteren Schritt des Kalibrierverfahrens wird festgestellt oder vorgegeben, an welcher Position die Kamera senkrecht auf den Messbereich bzw. auf das Kalibrierstück blickt. Hierzu wird durch die Recheneinrichtung nach einem Kalibrierloch gesucht, bei dem das Breiten-Verhältnis der beiden benachbarten Dunkelbereiche, also der gegenüberliegenden Stegbereiche bzw. Flanken 5c an einem Kalibrierloch, das Minimum der Verhältnisse der übrigen abgebildeten Kalibrierlöcher ist. Hierbei wird jedes einzelne Kalibrierloch bewertet, sodass jeweils eine Teilkalibrierung an einem einzelnen Kalibrierloch erfolgt.In a further step of the calibration procedure, it is determined or predetermined at which position the camera is perpendicular to the measuring range or to the calibration piece. For this purpose, the computing device is used to search for a calibration hole in which the width ratio of the two adjacent dark areas, that is, the opposite land areas or flanks, is searched 5c at a calibration hole, which is the minimum of the ratios of the remaining mapped calibration holes. Each individual calibration hole is evaluated so that a partial calibration is performed on a single calibration hole.

Sofern das mit dem minimalen Breitenverhältnis der Stegbereiche gefundene Loch nicht am Außenrand des Kalibrierstücks liegt, wird es als das Loch bestimmt, welches der Position senkrecht unter der Kamera am Nächsten ist. Diese Bestimmung ist durch die den Pixeln zugeordneten Zahlen bzw. Nummern möglich.Provided found with the minimum width ratio of the land areas Hole not on the outer edge of the calibration piece it is determined as the hole which is perpendicular to the position next to the camera is. This determination is by the numbers assigned to the pixels or numbers possible.

Am Ende der Teilkalibrierungen bzw. Betrachtungen der einzelnen Löcher werden ggfs. mehrere gefundene Löcher erneut verglichen und es wird das minimale Verhältnis von diesen gesucht. Dieses Vorgehen ermöglicht die Verwendung von verhältnismäßig grob geteilten Kalibrierstücken auch bei kleinen Messstellen. Durch eine Verschiebung des Kalibrierstückes um Bruchteile eines Lochabstandes im Messbereich kann die Mittenposition mit einer höheren Genauigkeit ermittelt werden.At the End of the partial calibrations or considerations of the individual holes if necessary, several found holes again compared and it is the minimum ratio of these sought. This procedure allows the use of relatively crude divided calibration pieces even at small measuring points. By a shift of the calibration piece to Fractions of a hole distance in the measuring range can be the center position with a higher one Accuracy can be determined.

In einem dritten Schritt der Kalibrierung werden die absoluten Positionen festgelegt. Wie bereits erwähnt, arbeiten derartige Kameras oder Sensoren in der Regel intern mit Zahlenwerten, die einer fortlaufenden Nummerierung der lichtempfindlichen Zellen bzw. Pixel entsprechen. Für die Kalibrierung wird eine Funktion oder Tabelle erstellt, mit der der Pixel-Wert in eine für die Anwendung geeignete Maßeinheit umgerechnet wird. Zu diesem Zweck wird eine Linie untersucht, die alle Löcher des Kalibrierstückes gleichförmig schneidet. Durch eine entsprechend gewählte Form der Löcher, z. B. rechteckig, wird erreicht, dass diese Linie bei der praktischen Durchführung leicht gefunden wird.In a third step of the calibration becomes the absolute positions established. As already mentioned, Such cameras or sensors usually work internally Numerical values, the consecutive numbering of photosensitive Cells or pixels correspond. For The calibration will create a function or table with which the pixel value in a for the application suitable unit of measurement is converted. For this purpose, a line is investigated which all holes of the calibration piece uniform cuts. By a correspondingly selected shape of the holes, z. B. rectangular, it is achieved that this line easily in the practical implementation Is found.

Im Folgenden werden nur Punkte bzw. Hell/Dunkel-Übergänge für die Kalibrierung verwendet, die sich auf einer Ebene des Kalibrierstücks befinden. Bei einem Ausführungsbeispiel eines Kalibrierstücks nach 7 bedeutet dies, dass nur oben oder nur unten liegende Löcher verwendet werden. Außerdem werden von allen Löchern nur die von der Senkrechten aus nach außen oder nach innen liegenden Kanten betrachtet, um den anhand von 4 erläuterten Messfehler durch abgeschattete Kanten zu vermeiden. Welche Ebene oder welche Kante hierbei ausgewählt wird, ist für das Kalibrierverfahren unerheblich. Die gewählte Ebene wird im Folgenden als Null-Ebene bezeichnet. Sie dient als Bezug für Höhenangaben. Da die Geometrie des Kalibrierstücks bekannt und abgespeichert ist, kann eine Zuordnung der Pixel zu absoluten Positionen erfolgen. Wenn zuvor Teilkalibrierungen, also die Betrachtung einzelner Kalibrierlöcher, nicht fortlaufend, sondern in wahlloser Reihenfolge erfolgt sind, werden diese Teilkalibrierungen geordnet und in einer fortlaufenden Reihe zusammengefügt. Der erste Punkt einer zweiten Teilkalibrierung kann als Pixel-Wert mit dem bereits vorliegenden letzten Pixel-Wert aus einer vorausge gangenen ersten Teilkalibrierung in eine absolute Position eingestuft werden, sodass alle Teilbereiche aneinander gefügt werden.In the following, only points or light / dark transitions are used for the calibration, which are located at one level of the calibration piece. In one embodiment of a calibration after 7 this means that only top or bottom holes are used. In addition, all of the holes are considered only from the vertical outward or inward edges to the basis of 4 explained measuring errors caused by shaded edges. Which level or which edge is selected here is irrelevant for the calibration procedure. The selected level is referred to below as the zero level. It serves as a reference for altitude information. Since the geometry of the calibration piece is known and stored, the pixels can be assigned to absolute positions. If previously partial calibrations, ie the observation of individual calibration holes, were not carried out continuously but in random order, these partial calibrations are sorted and joined together in a consecutive series. The first point of a second partial calibration can be classified as a pixel value with the already existing last pixel value from a previous first partial calibration into an absolute position, so that all partial regions are joined together.

Werden die einzelnen Teilkalibrierungen leicht überlappend ausgeführt, so kann eine hohe Genauigkeit erzielt werden. Bei nicht überlappender Ausführung muss der dazwischen liegende Bereich extrapoliert werden, damit sich der vorherige Bereich an den nächsten Teilbereich anfügt. Dieses Vorgehen kann in Abhängigkeit von der verwendeten Optik akzeptabel sein.Become the individual partial calibrations slightly overlapping, so high accuracy can be achieved. For non-overlapping execution must the intervening area will be extrapolated so that the previous area to the next Append subarea. This procedure can be dependent on be acceptable from the optics used.

Das Resultat der Kalibrierung der absoluten Positionen ist eine Rechenvorschrift f₁ (Pixel), deren Ergebnis eine Absolutposition ist. Mit anderen Worten wird in der Recheneinheit auf diese Weise eine exakte Zuordnung der Pixel-Werte an geometrische Punkte des Messbereichs erstellt.The result of the calibration of the absolute positions is a calculation rule f ₁ (pixels), the result of which is an absolute position. In other words, in the arithmetic unit in this way an exact assignment of the pixel values to geometric Created points of the measuring range.

In einem vierten Schritt der Kalibrierung erfolgt eine Dickenkompensation dadurch, dass wiederum einzelne Löcher betrachtet werden, aber nur jene, die in der anderen als der zuvor betrachteten Ebene für die Absolutposition liegen. Wenn beispielsweise in 10 die Punkte A und B für die Absolutpositionen verwendet wurden, so wird für die Dickenkompensation nunmehr der Punkt C verwendet, der in der oberen Ebene liegt. Bezogen auf die untere Ebene A-B scheint der Punkt C an der Stelle C' auf der unteren Ebene zu liegen. Da die Geometrie des Kalibrierstücks bekannt ist, kann durch die Recheneinrichtung ermittelt werden, um welche Distanz der Punkt C von dem Punkt C' bzw. dessen Pixelwert entfernt ist, weil vorausgesetzt wird, dass sich der Punkt C auf der anderen als der durch A und B bestimmten Ebene befindet.In a fourth step of the calibration, a thickness compensation takes place in that again individual holes are considered, but only those which are in the other than the previously considered plane for the absolute position. For example, if in 10 the points A and B were used for the absolute positions, now the point C is used for the thickness compensation, which lies in the upper level. Relative to the lower level AB, the point C appears to lie at the point C 'on the lower level. Since the geometry of the calibration piece is known, it can be determined by the computing means by which distance the point C is removed from the point C 'or its pixel value, because the point C is assumed to be on the other side than the point A and B certain level is located.

Zwischen der in 10 wiedergegebenen Höhe h und dem Abstand C-C' besteht ein linearer Zusammenhang. Wenn ein reales Objekt bzw. ein zu messendes Werkstück die bekannte Höhe bzw. Dickenmessung H hat, so hat diese Höhe H zu der Höhe h am Kalibrierstück bzw. zum Abstand der Punkte C und C' das gleiche Verhältnis. Die Distanz C-C' in der Ebene A-B im Verhältnis zur Höhe h entspricht dem Verhältnis der Höhe h am Kalibrierstück zu der Höhe bzw. Dicke H des realen Objekts.Between the in 10 reproduced height h and the distance CC 'is a linear relationship. If a real object or a workpiece to be measured has the known height or thickness measurement H, then this height H has the same relation to the height h at the calibration piece or to the distance of the points C and C '. The distance CC 'in the plane AB in relation to the height h corresponds to the ratio of the height h at the calibration piece to the height or thickness H of the real object.

Durch die Betrachtung aller relevanten Punkte in der gleichen Ebene des Kalibrierstücks wird eine Zuordnung von nötiger Dickenkompensation zu Pixelwerten über dem gesamten Sichtbereich gewonnen. Das Ergebnis der Kalibrierung der Dickenkompensation ist eine Rechenvorschrift f₂ (Pixel, H/h), deren Ergebnis eine Distanz ist. Damit ergibt sich ein einfacher rechnerischer Zusammenhang für die Kalibrierung.By considering all relevant points in the same plane of the calibration piece, an assignment of necessary thickness compensation to pixel values over the entire field of view is obtained. The result of the calibration of the thickness compensation is a calculation rule f ₂ (pixels, H / h), the result of which is a distance. This results in a simple computational relationship for the calibration.

Das am Kalibrierstück anhand vorbestimmter geometrischer Abmessungen ermittelte Verhältnis h zu dem Abstand C-C' je Loch bzw. Teilkalibrierung wird dazu verwendet, den in 4 durch die Dicke H des zu messenden Objektes sich ergebenden Betrachtungsfehler A' anstelle von A zu kompensieren.The ratio h determined on the calibration piece on the basis of predetermined geometrical dimensions to the distance CC 'per hole or partial calibration is used to determine the ratio h in FIG 4 to compensate for the viewing error A 'resulting from the thickness H of the object to be measured instead of A.

Anhand des Abstandes C-C' kann bei einer Teilkalibrierung die Dickenabmessung bzw. Höhe h bestimmt werden. Entsprechend kann eine Tabelle bzw. Funktion durch Aneinanderfügen der Teilkalibrierungen der einzelnen Kalibrierlöcher erstellt werden. Damit wird vorgegeben, an welcher Stelle des Messbereichs ein Betrachtungsfehler A' anstelle von A in 4 zu kompensieren ist aufgrund des bekannten Verhältnisses H/h. Das bekannte Verhältnis H/h erlaubt die Kompensation des Messfehlers A' in 4 an jeder Stelle des Messbereichs.On the basis of the distance CC 'can be determined in a partial calibration, the thickness or height h. Accordingly, a table or function can be created by joining the partial calibrations of the individual calibration holes. This specifies at which point of the measuring range a viewing error A 'instead of A in 4 to compensate is due to the known ratio H / h. The known ratio H / h allows the compensation of the measurement error A 'in 4 at every point of the measuring range.

Der Abstand C-C' wird in jedem Teilbereich ermittelt bzw. an jedem zweiten Loch 5b, sodass der Höhenversatz über den gesamten Messbereich erhalten wird. Die Bereiche zwischen den für die Messung verwendeten Löchern 5b werden durch Interpolation zu einer durchgehenden Linie bzw. Tabelle ergänzt.The distance CC 'is determined in each subarea or every other hole 5b so that the height offset over the entire measuring range is obtained. The areas between the holes used for the measurement 5b are added by interpolation to a continuous line or table.

Die Erfassung der Höhe h bzw. des Abstands der parallelen Ebenen am Kalibrierstück dient als Äquivalent für den Messfehler durch Kantenabschattung bei schräger Betrachtung einer Kante.The Recording the height h or the distance of the parallel planes on the calibration piece is used as an equivalent for the Measurement error due to edge shading when viewing an edge obliquely.

Nach der Kalibrierung der Kamera auf die beschriebene Weise erfolgt die Messung einer Breite oder Länge an einem Werkstück bzw. an einer Bahn 2, indem die absolute Position zweier Materialkanten K1 und K2 oder Markierungen bestimmt wird, aus denen dann die Differenz berechnet wird.After calibration of the camera in the manner described, the measurement of a width or length takes place on a workpiece or on a web 2 by determining the absolute position of two material edges K1 and K2 or markings, from which the difference is then calculated.

Zur Bestimmung der Absolutwerte wird für einen Punkt seine Höhe relativ zur Null-Ebene und der entsprechende Pixelwert in der Kamera ermittelt. Die Höhe des Punktes ist durch eine vorausgegangene Dickenmessung des Objekts bekannt oder durch eine vorgegebene Relativbewegung des Werkstückes relativ zur Null-Ebene. Bei rechteckigen Werkstücken kann aus der Lage rechts oder links von der Senkrechten geschlossen werden, ob es sich um eine obere oder untere Kante handelt.to Determining the absolute values becomes relative to a point its height to the zero level and the corresponding pixel value in the camera. The height of the point is due to a previous thickness measurement of the object known or relative by a predetermined relative movement of the workpiece to the zero level. For rectangular workpieces may be right from the position or left to be closed from the vertical, whether it is a upper or lower edge is.

Zur Bestimmung der Position werden die beiden Kalibrierfunktionen addiert, sodass sich ergibt P_absolut = f₁ (Pixel) + f₂ (Pixel, H/h).To determine the position, the two calibration functions are added so that P _absolute = f ₁ (pixels) + f ₂ (pixels, H / h).

Für H ist der Abstand des Messpunktes zur Null-Ebene der Kalibrierung einzusetzen. H kann positiv oder negativ sein.For H is to use the distance of the measuring point to the zero level of the calibration. H can be positive or negative.

Für das Verfahren ist es unerheblich, ob die Funktionen f₁ und f₂ als Tabelle zur Interpolation zwischen den gefundenen Stützstellen oder als geeignete mathematische Ausgleichs-Funktionen hinterlegt werden.For the method it is irrelevant whether the functions f ₁ and f ₂ are stored as a table for interpolation between the found support points or as suitable mathematical compensation functions.

Es wird eine Zuordnung der Pixel in der Kamera an die vorgegebenen Punkte und Ebenen des Kalibrierstücks derart vorgenommen, dass über den gesamten Messbereich vorgegeben wird, an welchen Stellen welche Kompensation bzw. Korrektur erforderlich ist. Dies erfolgt durch die beiden Funktionen bzw. Tabellen.It is an assignment of the pixels in the camera to the given Points and levels of the calibration piece made such that over the entire Measuring range is given, at which points which compensation or correction is required. This is done by the two functions or tables.

Damit kann das Kalibrierstück und auch ein zu messendes Werkstück durch die Kameras so erfasst werden, als würde die Kamera senkrecht über jedem einzelnen Punkt des Messbereichs eine Messung vornehmen, obwohl außerhalb der senkrechten Betrachtungslinie eine schräge Betrachtung der Kanten des Kalibrierstücks bzw. des Werkstücks erfolgt.In order to can the calibration piece and also a workpiece to be measured be captured by the cameras as if the camera were vertically above each make a single point of the measuring range, although outside the vertical viewing line an oblique view of the edges of the Kalibrierstücks or the workpiece he follows.

Es werden durch die vorgegebene Höhenabmessung bzw. durch den Abstand der Ebenen am Kalibrierstück Messfehler in der Horizontalen durch Verhältnisbildung kompensiert, indem der Fehler in der Horizontalen (Kantenabschattung) mit der bekannten Höhe h am Kalibrierstück in Beziehung gesetzt wird.It are determined by the given height dimension or by the distance of the planes at the calibration piece measuring error in the horizontal by ratio formation compensated by the error in the horizontal (edge shading) with the known height h on the calibration piece is related.

Nach der Kalibrierung der Kamera wird das Werkstück im Messbereich so positioniert, dass das Werkstück parallel zur Null-Ebene der Kalibrierung liegt. Die zu messenden Kanten des Werkstückes werden dabei exakt senkrecht zu der Linie angeordnet, die die Kamera zur Messung aufnimmt. Wenn das Werkstück relativ zur Null-Ebene der Kalibrierung versetzt werden sollte, so wird hierzu eine Einrichtung verwendet, durch die das Maß der Versetzung genau ermittelt werden kann.To Calibration of the camera, the workpiece is positioned in the measuring range, that the workpiece parallel to the zero level of the calibration. The to be measured Be edges of the workpiece thereby arranged exactly perpendicular to the line, which the camera for Measurement takes. When the workpiece is relative to the zero plane of the Calibration should be added, so this is a device used by the measure of Displacement can be accurately determined.

Das beschriebene Verfahren ist vielfältig einsetzbar, um die Außenkanten oder signifikante Marken von Produkten oder Werkstücken als Kontrastübergänge zu erfassen, wobei das Werkstück durch eine Lichtquelle im Auflicht- oder Durchlichtverfahren beleuchtet wird. Es können auch mehrere Kameras verwendet werden, wobei der Messbereich jeder Kamera in der beschriebenen Weise kalibriert wird.The described method is varied Can be used to the outer edges or significant brands of products or workpieces as Capture contrast transitions, wherein the workpiece by a Light source is illuminated in incident or transmitted light method. It can Also, multiple cameras are used, with the measuring range of each Camera is calibrated in the manner described.

Es können nicht nur die Breitenabmessungen von Materialbahnen 2, sondern auch die Abmessungen von einzelnen Werkstücken durch das beschriebene Verfahren exakt erfasst werden, beispielsweise indem quer zueinander angeordnete Zeilenkameras für die Abtastung des Werkstücks vorgesehen werden.It can not only the width dimensions of webs 2 , but also the dimensions of individual workpieces are accurately detected by the described method, for example by transversely arranged line scan cameras are provided for the scanning of the workpiece.

Anstelle der zwei parallel beabstandeten Ebenen am Kalibrierstück 4 können auch mehr als zwei Ebenen durch Absätze bzw. Stufen an den Durchbrechungen bzw. Löchern vorgegeben werden.Instead of the two parallel spaced planes on the calibration piece 4 It is also possible to specify more than two levels by steps or steps at the openings or holes.

Das beschriebene Verfahren ist nicht nur bei einer Zeilenkamera, sondern auch bei einer elektronischen Flächenkamera oder bei Sensoren zur Bestimmung einer Linearposition, die die Objektebene auf eine Bildebene projizieren, zum Kalibrieren anwendbar.The described method is not only in a line scan camera, but even with an electronic surface camera or in sensors for determining a linear position, the object plane on project an image plane, applicable for calibration.

Eine Verzerrung infolge fehlerbehafteter Optik der Kamera nach 3 wird bei der Kalibrierung dadurch kompensiert, dass die bekannten vorgegebenen Abstände am Kalibrierstück bestimmten Pixel-Werten zugeordnet werden.A distortion due to erroneous optics of the camera after 3 is compensated during the calibration by assigning the known predetermined distances at the calibration piece to specific pixel values.

Eine Falschmessung nach 4 infolge abgeschatteter Kanten bei der Betrachtung eines Werkstücks mit einer vorgegebenen Dickenabmessung rechts oder links von der Mitte bzw. der Senkrechten unter der Kamera wird durch Verhältnisbildung kompensiert, indem die am Kalibrierstück auftretende Abschattung bzw. Versetzung einer Kante in der Horizontalen ins Verhältnis gesetzt wird mit der bekannten Höhe h zwischen den parallelen Ebenen am Kalibrierstück, wobei diese Verhältnisbildung in allen Teilbereichen des Kalibrierstücks bzw. der Kalibrierung vorgenommen wird.A wrong measurement after 4 As a result of shaded edges when viewing a workpiece with a given thickness dimension to the right or left of the center or the vertical under the camera is compensated by ratio formation by the relationship occurring at the Kalibrierstück Abschattung or offset of an edge in the horizontal relationship with the known height h between the parallel planes on the calibration piece, wherein this ratio formation is carried out in all partial areas of the calibration piece or the calibration.

Eine Verzerrung der Abbildung nach 5 infolge mangelnder Parallelität zwischen Projektionsebene P in der Kamera und Ebene des Messbereichs bzw. des Werkstücks wird dadurch kompensiert, dass mittels des Kalibrierstücks zueinander parallel liegende Ebenen in den Pixel-Werten der Kamera definiert werden. Damit ist eine schräge Kamerastellung mit diesem Verfahren korrigierbar.A distortion of the picture 5 due to lack of parallelism between the projection plane P in the camera and the plane of the measuring range or of the workpiece is compensated by the fact that by means of the calibration piece mutually parallel planes are defined in the pixel values of the camera. Thus, an oblique camera position can be corrected with this method.

Durch das beschriebene Verfahren werden anhand von horizontal beabstandeten Abstufungen bzw. Hell/Dunkel-Übergängen am Kalibrierstück vertikale Abmessungen bzw. beabstandete Ebenen dadurch definiert, dass den Kanten der Abstufungen (Löcher) Bildpunkte bzw. Pixel in der Kamera zugeordnet werden, sodass anhand der Gruppe von Pixel-Werten, die einer bestimmten Abstufung zugeordnet sind, auch die Ebene festgelegt wird, in der diese Abstufungen liegen.By the method described are based on horizontally spaced Gradations or light / dark transitions on the calibration piece defines vertical dimensions or spaced levels thereby that the edges of the gradations (holes) pixels or pixels in the camera, so based on the group of pixel values, that are assigned to a particular gradation, also set the level will, in which these gradations lie.

Es werden vorgegebene Kalibrierpunkte bzw. Kanten am Kalibrierstück bestimmten Pixeln in der Projektionsebene der Kamera zugeordnet, d. h., einer Reihe von beabstandeten Kanten am Kalibrierstück werden bestimmte Pixel der Reihe nach zugeordnet entsprechend den Abstanden der Kanten in einer horizontalen Ebene, wobei diese Zuordnung zweckmäßigerweise in Teilbereichen des Messbereichs nacheinander in Teilkalibrierschritten ausgeführt wird, weil sonst die Länge des Kalibrierstückes der Länge des Messbereichs entsprechen müsste.It predetermined calibration points or edges are determined on the calibration piece Pixels assigned to the camera in the projection plane, d. h., one Row of spaced edges on the calibration piece will be certain pixels of the Row according to the distances of the edges in one horizontal plane, this assignment expediently in subareas of the measuring range is carried out successively in partial calibration steps, because otherwise the length of the calibration piece of Length of the Would correspond to the measuring range.

Jedem einer Kante bzw. einem Hell/Dunkel-Übergang zugeordneten Pixel wird ein Informationswert "oben" oder "unten" zugeordnet, um zu bestimmen, ob diese Pixel-Nummer der einen oder anderen Ebene zugeordnet ist.Each an edge or a light / dark transition associated pixels an information value "up" or "down" is assigned to determine if this pixel number is assigned to one or the other level is.

Weiter wird für jede Pixel-Nummer mit dem Informationswert "oben" ein Korrekturwert in Abhängigkeit vom Abstand von der Senkrechten bestimmt, mittels dem bei diesen Pixeln eine Korrektur der Kantenabschattung vorgenommen wird. Senkrecht unter der Kamera beträgt dieser Korrekturwert 0, weil keine Kantenabschattung erfolgt. Bei einer Kante rechts oder links von der senkrechten Betrachtungslinie erfolgt eine Abschattung, die durch den zugeordneten Korrekturwert korrigiert wird, der sich aus der Verhältnisbildung zwischen der bekannten Höhe H des zu messenden Objekts und der Höhe h am Kalibrierstück ergibt.Further is for each pixel number with the information value "up" Correction value depending on determined by the distance from the vertical, by means of this Pixels a correction of the edge shading is made. Perpendicular under the camera this correction value 0, because there is no edge shading. at an edge to the right or left of the vertical viewing line Shading occurs, which is determined by the assigned correction value is corrected, resulting from the ratio formation between the known Height H of the object to be measured and the height h at the calibration piece.

Mit anderen Worten wird mittels eines Kalibrierstücks der Messbereich in voneinander beabstandete Pixelnummern unterteilt, denen die Kennung "oben" oder "unten" zugeordnet wird, wobei die Höhe h des Abstands zwischen oben und unten erkannt und den Pixelnummern zugeordnet wird, die die Kennung "oben" haben, damit anhand des Korrekturwertes angegeben werden kann, wo die senkrecht darunter liegende Kante an der Stelle der Pixel mit der Kennung "oben" liegt.In other words, by means of a calib The measuring range is subdivided into pixel numbers spaced from one another, to which the identifier "up" or "down" is assigned, wherein the height h of the distance between top and bottom is recognized and assigned to the pixel numbers having the identifier "up", thus using the Correction value can be specified, where the vertical underlying edge is located at the location of the pixels with the identifier "above".

Claims

Method for calibrating an electronic camera or sensor, in particular a line camera, in which a number of pixels or pixels on the projection plane (P) of the camera consecutive numbers can be assigned, wherein the detectable by the optics of the camera measuring range by means of a calibration piece ( 4 ) is divided into light / dark transitions with a known distance from each other, each light / dark transition is assigned to a specific pixel number, an evaluation of the detected light / dark transitions is made to the effect of which of the light / dark transitions of possibly and where a bright / dark transition is to be located on the lower level, if only the vertical overlying light / dark transition on the upper level is due to oblique viewing through the camera is visible.

A method according to claim 1, wherein by a different shape of the openings ( 5 ) is determined in the spaced levels, which are the openings in one or the other plane.

The method of claim 1 or 2, wherein found which point on the calibration piece is perpendicular to the camera is detected.

Method according to claim 3, wherein by bevelled edges ( 5c ) of the openings ( 5 ) on the calibration piece ( 4 ) is determined which of the apertures are detected vertically by the camera.

Calibration piece for calibrating an electronic line scan camera to compensate for measurement errors, comprising a series of apertures ( 5a . 5b ) between pre given nen parallel planes, wherein the openings have known distances from each other.

Calibrating piece according to claim 5, wherein the openings alternately bevelled edges or edges (1) and the opposite side (FIGS. 5c ), which are arranged one behind the other along the measuring range.