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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


Aufbau

Display

Kamera

Objekt


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


Ergebnis

Basisintensitätsbild: Helligkeit

Amplitudenbild: Reflektivität

Krümmungsbild: Ebenenabweichung

Basisintensitätsbild Amplitudenbild Krümmungsbild


Linse Originalbild 1


Linse Basisintensitätsbild: Helligkeit


Linse Amplitudenbild: Reflektivität


Linse Krümmungsbild: Ebenenabweichung


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


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


Aufbau


Absolute Höhe


Messdauer


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


Simulation


Messung:mit Rückseitenreflexionen

Vorderseite:ohne 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.

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