Auflösung

Bei Bildverarbeitungssensoren kann die Strukturauflösung durch die Wahl der Vergrößerung in weiten Grenzen beeinflusst werden (hohe Vergrößerung ergibt hohe Auflösung). Die für die Auflösung bedeutsame Pixelgröße wird hierdurch angepasst. Zugleich verändert sich jedoch auch die Größe des Gesamtbildes und somit der Messbereich »im Bild« – eine hohe Pixelanzahl führt zu einem entsprechend großen Messbereich. Aus dem Verhältnis von Bildpunktgröße zu Messbereich ergibt sich die relative Strukturauflösung. Sie entspricht dem Kehrwert der Bildpunktanzahl in der jeweiligen Richtung und liegt bei üblichen Sensoren zurzeit (Stand 2019) in der Größenordnung 1/1000 bis 1/5000. Bei einer relativen Strukturauflösung von 1/1000 können z. B. in einem Messfeld von 100 mm Länge nur Merkmale deutlich größer als 0,1 mm aufgelöst und gemessen werden.

Für optische Abstandssensoren kann zwischen der axialen Auflösung in Richtung der optischen Achse (nicht ganz treffend auch als »vertikal« oder »in z-Richtung« bezeichnet) und der lateralen (»horizontalen«) Auflösung in der Messebene unterschieden werden. In den Richtlinien der Reihe VDI/VDE 2617 [9] sind für lateral messende Sensoren (Blatt 6.1) und für Abstandssensoren (Blatt 6.2) Verfahren zur Bestimmung und Überprüfung der Strukturauflösung beschrieben, die auf der Bestimmung der Modulationsübertragungsfunktion basieren. Als Prüfkörper dienen Kanten oder sinusförmige Gitter verschiedener Wellenlängen. Für Abstandssensoren dürfen auch andere Strukturnormale wie Bohrungen, Spalte, Stifte oder Kugeln durch den Hersteller definiert werden.

Für taktile und Röntgentomografie-Sensoren ist die Unterscheidung in axiale und laterale Auflösung nicht sinnvoll. Die von den optischen Sensoren bekannten Verfahren können jedoch in angepasster For angewendet werden. Zudem wird in VDI/VDE 2617 Blatt 13 (auch VDI/VDE 2630 Blatt 1.3) für Röntgentomografie-Sensoren ein alternatives Verfahren beschrieben. Dieses basiert auf der Bestimmung der Größe kleinster messbarer Strukturen, wie Kugeln oder Kugelanordnungen. Eine verbindliche Normung zur Auflösung existiert jedoch wegen fehlender praktischer Erfahrungen noch nicht. Die oben beschriebenen Verfahren sind nur Empfehlungen. In der Normenreihe DIN EN ISO 10360 [10] werden diese Verfahren für optische Abstandssensoren (Teil 8) ebenfalls empfohlen. Für taktile (Teil 5) und lateral messende optische Sensoren (Teil 7) ist dies zurzeit nicht geplant. Praktisch ist die Strukturauflösung bei taktilen Sensoren leicht anhand der Tastkugelradien abschätzbar.

Für die Anwendung der Röntgentomografie für Inspektionsaufgaben (z. B. Lunkersuche) wird die Strukturauflösung der Volumendaten (Voxel) mit der Modulationsübertragungsfunktion beschrieben. Der so berechnete Kennwert in der Einheit »Linienpaare pro mm« legt eine prüftechnische Grenze der Erkennbarkeit einer Struktur fest, lässt jedoch keine hinreichenden Schlussfolgerungen auf die Messbarkeit von Merkmalen zu. Für diesen Kennwert einer Strukturauflösung wird in der traditionellen Röntgentomografie im deutschen Sprachraum in nicht ganz treffender Weise der Begriff Ortsauflösung (engl., fachlich richtig: spatial resolution) verwendet.

Die Ortsauflösung von Koordinatenmessgeräten wird durch die Auflösung der verwendeten Maßstabssysteme (hier immer Ortsauflösung) und die Ortsauflösung der Sensoren bestimmt. Bei Bildverarbeitungs- und Röntgentomografie-Sensoren wird die Ortsauflösung der Sensoren zunächst auch durch die Pixel- bzw. Voxelgröße der Kamera bzw. des Röntgendetektors und die Strukturauflösung der anderen Systemkomponenten [8] bestimmt. Durch Grauwertinterpolation (Subpixeling, Subvoxeling) wird jedoch die Ortsauflösung deutlich über die Strukturauflösung erhöht. Nur so lässt sich eine ausreichend hohe Ortsauflösung des Gesamtsystems bei akzeptablen Messbereichen der Sensoren erreichen.

Zu beachten ist, dass die Ortsauflösung sehr viel kleiner sein muss als die angestrebte Messunsicherheit. Das bedeutet, dass z. B. bei einer Messunsicherheit von wenigen Mikrometern eine Ortsauflösung des Sensors von deutlich unter 1 µm notwendig ist. Hieraus ergeben sich relativ kleine Sensormessbereiche (maximal wenige 100 mm). Die Messung komplexer Teile mit größeren Messbereichen erfordert somit, die Sensoren mit Hilfe der Koordinatenmessgeräteachsen zu positionieren. Dies entspricht dem schon beschriebenen Messen »am Bild« bzw. der Rastertomografie.