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DeflektometrieEin Messverfahren für spiegelnde Oberflächen
Dr. Alexander Zimmermann
FORWISS · Universität PassauInstitut für Softwaresysteme in technischen Anwendungen der Informatik
19. Oktober 2017
Gliederung
Gliederung
Einführung Deflektometrie
3D-Rekonstruktion
Ausblick
Zusammenfassung
Über den Vortragenden
Dr. Alexander Zimmermann
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am FORWISS, Institut fürSoftwaresysteme in technischen Anwendungen der Informatik
Schwerpunkt: Approximation, Bildverarbeitung,Deflektometrie, Splines
Phasenschiebene Deflektometrie
Messobjekte
lackierte (Metall-)Oberflächen
polierte (Metall-)Oberflächen
WaferGlas
WindschutzscheibenScheinwerfer(Smartphone-)DisplaysBrillengläseroptische Oberflächen
Phasenschiebene Deflektometrie
Aufbau
Display
Kamera
Objekt
Phasenschiebene Deflektometrie
Phasenschiebene Deflektometrie
Aufbau für beliebige spiegelnde Oberflächen
Standard-KameraAuflösung bestimmt laterale Genauigkeit auf Objekt
Standard-DisplayAuflösung bestimmt Krümmungsempfindlichkeit auf Objekt
mehrere Aufnahmen mit geschobener PhaseObjekt wird scharf gestelltDisplay erscheint unscharf„Phasenrekonstruktion“ in jedem Bildpunkt
Phasenschiebene Deflektometrie
Ergebnis
Basisintensitätsbild: Helligkeit
Amplitudenbild: Reflektivität
Krümmungsbild: Ebenenabweichung
Basisintensitätsbild Amplitudenbild Krümmungsbild
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Originalbild 1
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Originalbild 2
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Originalbild 3
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Originalbild 4
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Originalbild 5
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Originalbild 6
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Basisintensitätsbild: Helligkeit
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Amplitudenbild: Reflektivität
Phasenschiebene Deflektometrie
Linse Krümmungsbild: Ebenenabweichung
Phasenschiebene Deflektometrie
Messdauer
4 bis 12 Einzelbilder
<1s bis 15s
Rechenzeit
20ms bei 4 Bildern
260ms bei 12 Bildern
3D-Rekonstruktion
Verbesserter Aufbau und erweiterte AlgorithmikKamera
intern kalibriert
Displayextern kalibriert bzgl. Kamera
Aufnahmemehrerer Phasenbilder
erlaubt 3D-Rekonstruktion der Oberfläche
3D-Rekonstruktion
3D-Rekonstruktion
DelleDurchmesser: 10mmHöhe: 14µm
BeuleDurchmesser: 6mmHöhe: 12µm
Vergleich
Konfokale Messung - deflektometrische MessungVermessung eines Dellenpaares (45µm/10µm Tiefe) auf poliertemBlech
Quelle: Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
3D-Rekonstruktion
Messdauer
8 bis 48 Einzelbilder
2s bis 60s
Rechenzeit
1s bis 4s
Genauigkeit (abhängig vom Aufbau)
lateral:< 1mm
Höhe:< 1µm
Eigenschaften der Deflektometrie
Vorteile
keine aufwändige Ausrichtung vomMesskopf und Objekt
„beliebige“ Oberflächenformmessbar
Bestimmung von Krümmung, Reflektanz und Helligkeit ineiner Messung
Nachteile
absolute Höhe nicht bestimmbar
Einzelmessung auf ca. 200mm x 200mm beschränkt
Stereo-Deflektometrie
Aufbau
Display
Objekt
Kamera
Kamera
zur eindeutigen Bestimmung der Höhe
Stereo-Deflektometrie
Aufbau
Stereo-Deflektometrie
Absolute Höhe
Stereo-Deflektometrie
Messdauer
16 bis 96 Einzelbilder
2s bis 60s
Rechenzeit
1s bis 10s
Aktuelle Arbeiten
Automatische Kalibrierung
Elimination von Rückseitenreflexionen
Automatische Kalibrierung
Automatische Kalibrierung von
Kameras
Display
Oberfläche
mit Hilfe
mehrere Aufnahmen
verschiedene Positionen
ein Messobjekt
Display
Objekt
Kamera
Kamera
Rückseitenreflexionen
KameraDisplay
Glas
α α'
β
Rückseitenreflexionen
Simulation
Rückseitenreflexionen
Messung:mit Rückseitenreflexionen
Vorderseite:ohne Rückseitenreflexionen
Rückseitenreflexionen
Verwendung mehrerer Messungen
Rekonstruktion Korrekte Vorderseite
Zusammenfassung
DeflektometrieEin Messverfahren für spiegelnde Oberflächen
Inspektion und Vermessung spiegelnder Oberflächen
berührungslose Messung
qualitative und quantitative Auswertung
einfacher Aufbau in industriellem Umfeld
3D-Rekonstruktion mit hoher Auflösung
kurze Mess- und Rechen-Zeiten
Vielen Dank
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.