Autor Thema: Kleine Entfernungen mit Zerene messen  (Gelesen 2431 mal)

Adalbert

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Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« am: Mai 11, 2017, 22:20:28 Nachmittag »
Hallo zusammen,

falls jemand von Euch kleine Entfernungen präzise messen möchte, kann er das einfach mit Zerene bewerkstelligen.
Ich habe diese Methode verwendet um die Schrittgröße meines Schlittens zu messen (und zwar einer ganzen Reihe der Schritte).

Dafür befestigt man auf dem beweglichen Objekt ein Bild mit einem kontrastreichen Punkt.
Dann fotografiert man ihn senkrecht zu der Bewegung für die einzelnen Positionen/Schritte, die man messen möchte.
Je größer die Vergrößerung des verwendetes Objektives, desto genauer die Messung.
Danach werden diese Bilder in Zerene geladen und dann Stack->Align all frames aufgerufen.
Dann geht man zu Options->View Consloe Log und speichert man den Inhalt.
Dann selektiert man nur die Zeilen mit xoffset bzw. yoffset abhängig davon ob man vertikal bzw. horizontal das zu messende Objekt bewegt hat.
Dann schneidet man die Spalten mit den Werten (von xoffset oder yoffset) heraus
und berechnet die Entfernung E zwischen den zwei benachbarten Punkten, wie folgt:

E[n+1] = ( Of[n+1]-Of[n] ) * B / V

Of[n] = xoffset oder yoffset (n=Nr. des Fotos)
V = Vergrößerung des Objektivs z.B. 50x
B = Breite des Sensors (z.B. 36mm) oder Höhe des Sensors (z.B. 24 mm)

BTW, wenn man Diagramme in Excel erstellen möchte, dann muss zuerst das Dezimaltrennzeichen (Punkt gegen Komma) ersetzt werden.

In Preferences von Zerene muss Alignment aktiviert und Automatic order ausgeschaltet sein!

Danke und Gruß,
Adi

Bob

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #1 am: Mai 12, 2017, 08:18:49 Vormittag »
Hallo Adi,

hast Du die Methode mal mit einer bekannten Referenz überprüft, einem Objektmikrometer z.B.?
Ich werde immer etwas kribbelig, wenn ich mich auf Messergebnisse verlassen muss, die auf so einem recht indirekten Weg entstanden sind.

Viele Grüße,

Bob

Rawfoto

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #2 am: Mai 12, 2017, 11:53:14 Vormittag »
Hallo Bob

Wenn man die Entfernungen messen möchte gibt es im klassischen Umfeld Messuhren mit 0,001 mm als kleinsten Teilschritt ...

Das ist meiner Erfahrung nach ausreichend für das Sacken mit dem Mikroskop aus Sicht der Messung. Für das 100x Objektiv verwende ich 5 Schritte pro 0,001 mm, dabei hat man schon eine deutliche Überdeckung in der Schärfenzone ...

Liebe Grüße

Gerhard
Gerhard
http://www.naturfoto-zimmert.at

Rückmeldung sind willkommen, ich bin jederzeit an Weiterentwicklung interessiert, Vorschläge zur Verbesserungen und Varianten meiner eingestellten Bilder sind daher keinerlei Problem für mich ...

Adalbert

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #3 am: Mai 12, 2017, 12:10:51 Nachmittag »
Hallo Bob,
wie Gerhard bereits geschrieben hat, gibt es im Nano-Bereich keine Mikrometer.
So, konnte ich die kleinsten Schritte nur mit Zerene messen.
Große Schritte konnte ich sogar direkt auf der Mikrometerschraube ablesen,
die von dem Schrittmotor gedreht wird.
siehe http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=28864.0
Danke und Gruß,
ADi

Stuessi

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #4 am: Mai 12, 2017, 12:16:58 Nachmittag »
Hallo Adi,

wenn ich bei 50-facher Vergrößerung mit meiner A6000 messen will, komme ich nicht in den Bereich von 2nm:

Pixelpitch ist 23,6mm / 6000  = 3,93 µm  =  3933 nm

1/50 davon ist 78,7 nm

Der Abstand von 2 Pixeln auf dem Kamerasensor enrtspricht also 79 nm Abstand auf dem Objekt.

Die erreichbare Auflösung mit meinem Objektiv beträgt aber sicher nicht 79 nm sondern eher 790 nm ...

Fragende Grüße von
Rolf

Silber_und_Licht

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #5 am: Mai 12, 2017, 19:07:52 Nachmittag »
Moin, moin,

ausgehend von einer Lichtwellenlänge von 530-550nm für grünes Licht, erreicht man mit herkömmlichen optischen Mitteln (maximalen Aperturen und Ölimmersion) eine maximale Auflösung von rund 200nm in x/y-Richtung. In z-Richtung ist dieser Wert mit ca. 2,5 zu multiplizieren. Ein jeder Mikroskopiker weiß, dass man im Bereich rund um die Auflösungsgrenze keine Morphometrie betreiben sollte und verlässliche Messwerte erst eine Größenordnung darüber zu erwarten sind. Da mutet es mich schon etwas eigenartig an, wenn man sich bei einer Messung wie angegeben (2nm) rund zwei Größenordnungen unter der Auflösungsgrenze tummeln möchte. Selbst mit Interferenzmessungen erreiche ich eine Genauigkeit von etwa 1/50stel der verwendeten Wellenlänge, was im Fall der oben aufgeführten 550nm auf rund 10nm hinausläuft. Immer noch ziemlich weit von den zu erreichenden 2nm entfernt.

Ich glaube, ich würde zu anderen Mitteln greifen wollen

Ich wollte das nur mal so zum Nachdenken in die Diskussion werfen.

Freundliche Grüße zum Wochenende

Wolfgang

p.s.: die physikalisch begrenzte maximale Auflösung höchstaperturiger Ölimmersions-Objektive in z-Richtung lässt mich auch manchmal etwas fragend/staunend auf die feinst abgestuften Stackschritte mancher Makro-Photographen schauen.
« Letzte Änderung: Mai 12, 2017, 20:18:52 Nachmittag von Silber_und_Licht »
"Du" fänd' ich ganz in Ordnung.

das Schönste: ZEISS Lumipan
das Liebste: LEITZ Panphot II, Ortholux
das Beste: ZEISS Axiomat

eine etwas umständliche Vorstellung: www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=28652.0

Adalbert

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #6 am: Mai 26, 2017, 14:02:41 Nachmittag »
Hallo Rolf,
50x war nur ein Beispiel. Du kannst ruhig 100x nehmen.
Probiere einfach aus.
Danke und Gruß,
ADi

Adalbert

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #7 am: Mai 26, 2017, 14:11:16 Nachmittag »
Hallo Wolfgang,
irgendwie habe ich den Eindruck, dass Du etwas nicht richtig interpretiert hast.
Bei dieser Methode ist der Algorithmus entscheidend, nach dem die Zerene die Verschiebung eines Punktes in mehreren Fotos ermittelt. Falls ich mich richtig an die Beschreibung von Rik erinnere,
lag die Genauigkeit gegen 1/3 bzw. 1/2 Pixel.
Danke und Gruß,
ADi

Stuessi

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #8 am: Mai 28, 2017, 10:01:31 Vormittag »
... 50x war nur ein Beispiel. Du kannst ruhig 100x nehmen.
Probiere einfach aus.

Hallo ADi,

zunächst brauche ich eine Vorrichtung, mit einem Mikroskop und 50-er oder 100-er Objektiv einen kleinen Punkt senkrecht zur Stack-Bewegungsrichtung richtig scharf abzubilden.
Die Auflösung muss dabei im Nanometer Bereich liegen?!

Wie groß soll der Punkt sein?

Wie sieht Dein  Aufbau aus?

Gruß
Rolf
« Letzte Änderung: Mai 28, 2017, 10:07:28 Vormittag von Stuessi »

Adalbert

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #9 am: Mai 28, 2017, 11:40:19 Vormittag »
Hallo Rolf,

wegen des Arbeitsabstandes würde ich 50x ?LWD mit einem Konverter statt ein 100x vorschlagen:

In meinem Falle sah das so aus:
-   Variante 1:  CANON EF 70-200L + Olympus MSPlan 50 / 0.55  ULWD => Vergrößerung  ~ 55
-   Variante 2:  CANON EF 70-200L + Olympus MSPlan 50 / 0.55  ULWD + Kenko 1,5 => Vergrößerung ~ 90
-   Variante 3:  CANON EF 70-200L + Reichert  Plan Fluor 100x  0.95 => Vergrößerung  ~ 100

AD 1,2:  http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=26375.msg198194#msg198194
AD    3: http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=26521.msg199102#msg199102

Der Vorteil von dem Olympus ist der Arbeitsabstand von ca. 1cm.
Die etwas merkwürdige Vergrößerung  resultiert aus der Tubus-Länge  ( bei der Tubus-Linse/Tele = 200mm ).
Mein Setup war nichts besonderes, nur ein Stativ (Manfrotto-Mikro) .
Als Objekt habe ich Millimeterpapier verwendet. Den Rest hat Zerene gemacht.

BTW, ganz am Anfang habe ich ein LOMO  A 40x0,65 eingesetzt (endlich korrigiert).

Danke und Gruß,
ADi
« Letzte Änderung: Mai 28, 2017, 13:27:50 Nachmittag von Adalbert »

Stuessi

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #10 am: Mai 28, 2017, 20:22:46 Nachmittag »
Hallo ADi,

mit einem Leitz L50x/0,6 (f=5mm) vor einem 200mm/4 Objektiv mit 2x Konverter an der A6000 (APS-C, 4000x6000 Pixel) habe ich ein Objektmikrometer fotografiert bei Stackschritten von ca. 1 µm an meinem Orthoplan mit der hier abgebildeten fischertechnik Steuerung (altes Bild, vor kosmetischer Veränderung des Mikroskops).





Die Vergrößerung beträgt 2*200/5 = 80x.
Der Abstand zweier Pixel auf dem Sensor entspricht etwa 50 nm beim Objektmikrometer.

100% Ausschnitte der ersten drei Bilder:

Im Skalenstrich ist eine kleine Öffnung zu sehen. Wegen der begrenzten Auflösung von ca. 500 nm ist der helle Fleck verwaschen auf einen Kreis mit ca. 15 Pixeln Durchmesser. Sein Zentrum lässt sich aber mit einer Genauigkeit von +/- 1 Pixel (+/- 50 nm) bestimmen. Die entsprechenden Werte habe ich eingetragen.










(95-67) Pixel * 50 nm/Pixel = 1400 nm Verschiebung

(67-44) Pixel * 50 nm/Pixel = 1150 nm Verschiebung...





Von Bild zu Bild habe ich an zwei Bildstellen die Lage markanter Punkte (in Pixeln) visuell bestimmt und daraus die Hubhöhe errechnet. Die gemittelten Ergebnisse sind in der 2. Spalte zu sehen. Unterschiede von über 10% zwischen den beiden Messungen sind dabei möglich (3. Spalte).

In der 4. Spalte sind die mit dem oben beschriebenen Verfahren ermittelten Stackschrittweiten eingetragen.

Die 5. Spalte zeigt den Unterschied zwischen den beiden Messverfahren.

Bild-Nr.   Hub (D,G)   D-G   Zerene   Unterschied
            µm                       µm            %
0            
1          1,39           0%   1,35     3%
2          1,09           9%   1,13     -4%
3          0,99           0%   0,97     2%
4          1,17         -4%    1,22     -4%
5          0,79          13%   0,79     0%
6          1,17         -13%   1,14     2%
7          0,74          13%   0,78    -5%
8          0,92          -5%   0,92     0%
9          0,99           0%   0,99     1%
10         0,92          5%   0,94    -2%

Bei meinem Vergleich stimmen die Ergebnisse der beiden Messverfahren mit einer Unsicherheit von +/- 5% überein,
das entspricht +/- 50 nm.

Viele Grüße,
Rolf
« Letzte Änderung: Mai 29, 2017, 11:10:24 Vormittag von Stuessi »

Adalbert

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #11 am: Mai 29, 2017, 12:00:15 Nachmittag »
Hallo Rolf,

danke für das interessante Experiment!

Also die Messgenauigkeit hängt von Pixelgröße, Pixelpitch,
Vergrößerung und der Apertur des Objektivs ab, oder?

Danke und Gruß,
ADi

Adalbert

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Re: Kleine Entfernungen mit Zerene messen
« Antwort #12 am: Februar 19, 2019, 21:37:23 Nachmittag »
Hallo zusammen,
neulich habe ich mir einen Schlitten auf der Basis von THK KR2001A gebastelt.
Getrieben wird er direkt (ohne Übersetzung) von einem Nema 17 0,9 Grad.
Eine volle Umdrehung von THK bewegt den Wagen um 1mm.
NEMA17 mit 0,9 Grad braucht 400 volle Schritte für eine Umdrehung.
Gesteuert wird der Motor von einem TB6560, der auf 16 micro-steps (also 16 Mikroschritte für einen vollen Schritt) gestellt ist.
Das bedeutet, dass der Motor 6400 Mikro-Schritte für eine volle Umdrehung braucht.
Somit soll der Wagen um 0.000156mm von einem Mikroschritt bewegt werden.

Die Tests haben gezeigt, dass die Schrittgröße von den 16 Mikrosteps abhängt und wie folgt periodisch verläuft:

https://farm8.staticflickr.com/7883/47012110002_334f07d5b3_o.jpg

BTW, bei der Messung der Schritte habe ich das NeoSPlan 80x / 0.75 verwendet

Danke und Gruß,
ADi