In optischen Messsystemen wird Vergrößerung oft fälschlicherweise als bloßes „Vergrößern des Bildes“ verstanden. In der Praxis, ob bei Videomessmaschinen oder visuellen Messsystemen, ist der entscheidende Faktor für die Messergebnisse nicht die Anzeigegröße, sondern die Abbildung der physikalischen Geometrie eines Werkstücks auf den Bildsensor zur Abtastung. Eine Videomessmaschine oder jedes andere optische Messgerät bezieht seine Messgenauigkeit aus korrekten Abbildungs- und Abtastbedingungen, nicht aus der visuellen Darstellung. Selbst bei digitalem Zoomen auf dem Display verbessert sich die Messunsicherheit nicht, wenn die optischen Abtastbedingungen unzureichend sind. Hochwertige Videomessmaschinen werden daher mit optischer Vergrößerung als zentralem Parameter entwickelt.
Optische Vergrößerung erhöht die räumliche Abtastdichte
In jedem optischen Messsystem ist die Pixelgröße des Bildsensors fest. Die optische Vergrößerung verändert das Verhältnis zwischen Pixelgröße und tatsächlicher Werkstückgröße. Mit zunehmender Vergrößerung deckt dieselbe physikalische Länge mehr Pixel auf der Bildebene ab, wodurch die von jedem Pixel dargestellte physikalische Größe reduziert wird. Die Werkstückkante wird dichter abgetastet, was zu einer höheren räumlichen Abtastdichte an der Objektseite führt. Sowohl bei optischen als auch bei Videomessgeräten verringert diese dichtere Abtastung Diskretisierungsfehler in den Dimensionsdaten und senkt somit direkt die Messunsicherheit.
Die Unsicherheit der Pixelquantisierung wird komprimiert
Die Pixelquantisierung ist eine unvermeidbare Unsicherheitsquelle bei bildbasierten Messungen. Bei geringer optischer Vergrößerung kann eine Kante nur wenige Pixel umfassen, und die gemessene Kantenposition reagiert sehr empfindlich auf den Zustand einzelner Pixel. Geringfügige Änderungen der Beleuchtung, des Fokus oder des Sensorrauschens können die Messergebnisse erheblich beeinflussen. Eine höhere optische Vergrößerung ermöglicht es, dass sich Kanten über mehr Pixel erstrecken, wodurch der Einfluss einzelner Pixel verringert und die Wiederholbarkeit und Stabilität verbessert werden. Aus diesem Grund wird die Vergrößerung bei der Entwicklung von VMMs sorgfältig berücksichtigt.
Edge Sampling verbessert die Messstabilität
Werkstückkanten sind selten ideale Linien; sie erscheinen in Bildern meist als Graustufenübergänge. Optische Vergrößerung ermöglicht die Abtastung dieser Übergänge mit mehr Pixeln und liefert so ausreichend Daten für eine präzise Kantenerkennung. In Videomessmaschinen und visuellen Messsystemen für kleine Stanzteile, Präzisionskunststoffe oder elektronische Bauteile verbessert diese optimierte Abtastung die Konsistenz wiederholter Messungen deutlich. Die Erfahrung zeigt, dass adäquate optische Abtastbedingungen oft mehr zur Messstabilität beitragen als komplexe Softwarealgorithmen.
Subpixelmessung basiert auf optischer Grundlage
Subpixelmessung umgeht nicht die Grenzen der Pixelmessung; sie schätzt Kantenpositionen anhand der Graustufenverteilung mehrerer Pixel. Optische Vergrößerung erhöht die Anzahl der Pixel pro Längeneinheit, wodurch Graustufenübergänge fließender werden und die Zuverlässigkeit der Subpixelmessung verbessert wird. Ist die Vergrößerung unzureichend, können selbst hochentwickelte Algorithmen die Messunsicherheit nicht wesentlich reduzieren. Digitale Vergrößerung vergrößert lediglich das angezeigte Bild, ohne zusätzliche Messpunkte hinzuzufügen, und hat daher keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit von optischen Messgeräten (VMMs).
Aus ingenieurtechnischer Sicht liegt der Wert der optischen Vergrößerung in der physikalischen Erhöhung der räumlichen Abtastdichte und der damit einhergehenden Verbesserung der Dimensionsinformation auf Objektebene. Daher ist die optische Vergrößerung unerlässlich, um Messunsicherheiten zu minimieren – etwas, das digitaler Zoom oder die Nachbearbeitung allein nicht leisten können. In High-End-Videomessgeräten und visuellen Messsystemen wirken optische Vergrößerung, Abtastdichte und Subpixelverarbeitung zusammen, um die Gesamtgenauigkeit und -stabilität der Messung zu bestimmen.
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https://www.jatentech.com/blog/video-measuring-machine-mechanical-structure-long-term-stability
https://www.jatentech.com/blog/multi-angle-illumination-optical-measuring-machines