Inspektion von spiegelnden Oberflächen. Roland Herrmann Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Ortenburg

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1 Inspektion von spiegelnden Oberflächen Roland Herrmann Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Ortenburg

2 Unternehmensprofil Seit 1968 Kompetenz in präziser Messtechnik Umfassende Produktpalette, entwickelt und produziert von MICRO- EPSILON Privat geführte Unternehmensgruppe, 900 Mitarbeiter ww, Sensoren, Systeme & Lösungen von Standardprodukten bis hin zu maßgeschneiderten Varianten in Klein- und Großserien

3 Produktbereiche Micro-Epsilon Weg- und Positionssensoren 2D/3D Bildverarbeitung Mess- und Prüfanlagen IR- Temperatursensoren Farbsensoren Optische Mikrometer

4 Messverfahren für spiegelnde Oberflächen Konfokal chromatisch Deflektometrie

5 Konfokales Messprinzip Chromatische Aberration: Weißlicht Chromatische Aberration = Brechungsindex der Linse ist abhängig von der Wellenlänge Systematische Abweichung des Fokusabstands (Lichtstreuung) MBA = blaues Licht MBE = rotes Licht MBA MBA = Messbereichsanfang MBE = Messbereichsende MBE

6 Konfokales Messprinzip Spektrometer : Auslesen der CCD-Pixel: Wellenlänge korreliert mit dem Abstand

7 Konfokales Messprinzip Fokussierte Wellenlänge generiert einen Peak mit hoher Intensität Berechnung des Abstandes durch Pixelposition & Kalibriertabelle Multipeak bei mehrlagigen transparenten Messobjekten Messbereiche 300 µm 30 mm Auflösungen bis 10 nm

8 Systemaufbau EtherCAT / Ethernet / RS422 Vakuum-Durchführung Sensor RS422, Digital I/O Encoder SPS

9 Vorteile des konfokalen Messprinzips Kleiner Messfleck oberflächenunabhängig hochauflösend passiv => geeignet für Vakuum Kein Temperatureintrag Einseitige Mehrschichtmessung

10 Anwendungsbeispiel Displays Inline Kontrolle an Smartphones Verschiedene Materialien Gekrümmte Oberflächen Viele Messstellen bei kurzer Taktzeit Vorteile der konfokalen Messtechnik Berührungslos Kleiner Messfleck Einseitige Dickenmessung

11 Flaschenproduktion Inline Wandstärken und Längen Messung Target: Glasflaschen unterschiedlicher Farbe Sehr kurze Taktzeit 5 Flaschen/sec Vorteile der konfokalen Messtechnik Einseitige berührungslose Dickenmessung Hohe Genauigkeit durch viele Messpunkte (bis 70 khz)

12 Zusammenfassung Konfokales Messprinzip Messbereich 300 µm 30 mm Messung auf vielfältigen Oberflächen Einseitige Dickenmessung transparenter Schichten Hohe Auflösung (nm-bereich) Hohe Dynamik (bis 70 khz)

13 Messprinzip Deflektometrie Verzerrungen / Intensitätsschwächungen zeigen sich im Spiegelbild Kamera Bildschirm & Muster Kamerabild Spiegelnde Oberfläche

14 Phasenschiebung

15 Auswertung Die Ergebnisse setzen sich zusammen aus Basisintensitätsbild Amplitudenbild Krümmungsbild Aussage über Helligkeit des Objekts z.b. Änderung der Lackierung Reflektivität des Messobjekts Erkennung von z.b. Schleifflecken Abweichung von homogener Oberfläche Erkennung von Kratzern oder Pickeln

16 Defekte Beispiele für erfolgreiche Erkennung Einschluss Krater Schleifstelle Lacktropfen Beule Verschmutzung

17 In-Line Anwendung: Lackfehlerkontrolle KFZ Vollautomatische Identifikation, Lokalisierung & Klassifizierung von Defekten

18 In-Line Anwendung: Lackfehlerkontrolle KFZ Messfeld Sensor: 800 x 200 mm Ca. 140 Pos. / Karosserie Taktzeit: s ~ 8 Mrd. Pixel / Karosse

19 In-Line Anwendung: Lackfehlerkontrolle KFZ

20 Skalierbarkeit des Messprinzips Displaygröße Anzahl der Kameras Sensorgeometrie Bis 265 mm x 115 mm 800 mm x 200 mm

21 Vermessung hochglänzender Oberflächen Defekterkennung Eine Kamera Fehler lokalisieren & kategorisieren 3D-Rekonstruktion 2 Kameras Vollflächige Vermessung von Oberflächen

22 Hochpräzise Vermessung von Teleskoplinsen Testlinse mit 200 mm Durchmesser und 3114 mm Krümmungsradius Messung an Präzisionsportal aus Granit Deflektometrische Stereorekonstruktion Testlinse Messaufnahmen Stereo-Deflektometrie

23 Hochpräzise Vermessung von Teleskoplinsen Ergebnisse: Unabhängige Vergleichsmessung mit Interferometrie & Deflektometrie

24 Beispiel Windschutzscheiben Erkennung lokaler Defekte Analyse der Welligkeit 3D-Rekonstruktion Defekte aus Amplituden- bzw. Krümmungsbild

25 Beispiel Windschutzscheiben

26 Beispiel Smartphone-Display

27 Zusammenfassung Deflektometrie Gleichzeitige Defekterkennung & Vermessung spiegelnder Flächen (Planflächen, Sphären, Asphären, Freiform) 3D-Rekonstruktion mit hoher Auflösung in z-richtung Kurze Einstellzyklen Kurze Messzyklen Skalierbares Messprinzip

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