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1 Bernd Breuckmann und optische Meßtechnik in der industriellen Praxis Grundlagen der 3D-Meßtechnik, Farbbildanalyse, Holografie und Interferometrie mit zahlreichen praktischen Applikationen Mit teils farbigen - Abbildungen und 8 Tabellen Franzis'

2 Teil I Grundlagen und Verfahrensprinzipien Einführung (Dr. Bernd Breuckmann) Zukunftstechnologien Bildverarbeitung und Optische Meßtechnik. ' Visuelle Sinnesorgane - Vision-Systeme Interaktive Bildverarbeitung Automatische Inspektionssysteme Industrielle Bildverarbeitung und Optische Meßtechnik 19 2 Wärmebildkameras und IRjBildverarbeitung (Dr. Bernd Schönbach).... f Physikalische Grundlagen Das PLANCK'sche Strahlungsgesetz Schwarzer Strahler - Emissionsgrad Einfluß der Atmosphäre Gerätetechnik Die Optik Mechanische Abtastverfahren Detektoren Detektorkühlung Signalverarbeitung Systemparameter Geometrische Auflösung Thermische Auflösung Genauigkeit - Stabilität Typische Systemparameter-Beispiele IR-Bildverarbeitung Anwendungen 51 3 Farbbildverarbeitung (Erik Klaas) Farbe als Informationskanal in Natur und Technik Die Physik der Farbe Farbmetrik und Farbräume RGB-Farbraum : Farbdreieck nach Newton und der IHS-Farbraum Normfarbtafel nach DIN Farbbildverarbeitungssysteme Farbkameras ' Farbverarbeitungshardware Anwendungen und Beispiele der Farbbildverarbeitung 63

3 4 Interferometrische Meßtechnik und Streifenanalyse (Primin Gerspacher, Harald Rein) Einleitung Optische Grundlagen der Interferometrischen Meßtechnik Entstehung von Interferenzen Sichtbarkeit von Interferenzen Zweistrahlinterferenzen Vielstrahlinterferenzen Interferometrie im industriellen Einsatz Interferometrische Längenmessung Interferometrische Flächen und Optikprüfung Twyman-Green-Interferometer(TGI) Fizeau Interferometer Probegläser Prismeninterferometer Mikrotoppgraphie Gasdichtemessung Streifenanalyse Phasen-Shift-Methode Trägerfrequenz-Methode.. / 98 5 Holografie und Speckle-Meßtechnik (Horst Winterberg) Einleitung Anwendungsgrundlagen Grundlagen zur Holografie Grundlagen zur Speckle-Interferometrie Leistungsmerkmale und Gerätetechnik im Vergleich Allgemeine Eigenschaften Meßgröße Meßbereich Objektbeschaffenheit Aufnahmemedien Quantitative Auswertung Gerätetechnik Praxis und Kosten Tabellarische Zusammenfassung Einsatzgebiete Topometrische 3D-Meßtechnik (Dr. Bernd Breuckmann) Grenzen der zweidimensionalen Bildverarbeitung Prinzip der topometrischen 3D-Meßtechnik ' Begriffsbestimmung Laser-Triangulation Lichtschnitt-Verfahren Bildhafte Triangulation Topometrische Verfahren Projected-Fringe-Technik Moire-Technik Interpretation der Moire-Muster Vergleichende Topometrische Meßverfahren Topometrie mit adaptiven Gittern 137

4 6.4 Quantitative Auswertung topometrischer Meßdaten Steuerung der Meßwertaufnahme Quantitative Streifenanalyse Merkmalsextraktion und Entscheidungsfindung Systemeichung Gerätetechnik Projektionssystem Viewing-System Das Kamerasystem Anforderungen an die Bildverarbeitungs-Einheit Leistungsmerkmale topometrischer Verfahren Meßbereich Auflösung Meßgenauigkeit Meß- und Auswertezeit Abgrenzung zu interferometrischen Verfahren Verfahrensgrenzen Fehlermöglichkeiten Zusammenfassung Photogrammetrie (Dr. Wolfgang Riechmann) Zielsetzung und Möglichkeiten''' Die Zentralprojektion des Raumes Die Bündeltriangulation ' Relative Orientierung zweier Bilder Einzelbildentzerrung Genauigkeits-und Zuverlässigkeitsmaße Kamera-Kalibrierung Photogrammetrische Aufnahmekammern Kälibrierverfahren Aufnahme- und Auswertekonzeption 170 Teil II Industrielle Anwendungen 8 Applikationsberichte Grauwert- und Farbbildverarbeitung (Dr. Bernd Breuckmann) Produktionsüberwachung von Schichtkondensatoren Aufgabenstellung Systembeschreibung Besondere Systemmerkmale Stichprobenkontrolle von Kleinlampen Aufgabenstellung Systembeschreibung Besondere Systemmerkmale Vermessung von Lochscheiben Aufgabenstellung Systembeschreibung 183

5 8.4 Intelligente Zeilenkameras im On-Line-Einsatz zur Positionsregelung im Walzwerk Aufgabenstellung Systembeschreibung Besondere Systemmerkmale Montagekontrolle von Kolbenringen, Kolbenbolzen und Sicherungsringen Aufgabenstellung Systembeschreibung Automatische Prüfung von befüllten unversiegelten Drageestreifen Aufgabenstellung Systembeschreibung Besondere Systemmerkmale Funktionsprüfung von Autositzen Aufgabenstellung Systembeschreibung Besondere Systemmerkmale.' Funktionsprüfung an elektronischen Armaturenbrettern Aufgabenstellung Lösungsansatz/Verfahrensbeschreibung Besondere Systemmerkmale ; Identifizierung von Ladedruekanschlagreglern Aufgabenstellung ^ Systembeschreibung Besondere Systemmerkmale Detektion von Ringcodes auf Ampullen in der Pharmaindustrie Aufgabenstellung Systembeschreibung Besondere Systemmerkmale Zerstörungsfreie Prüfung der Einhärtetiefe mittels Farbklassifikation (Karl-Heinz Pärtzel) Aufgabenstellung Stand der Technik Verfahrensbeschreibung Verfahrensprinzip Verfahrensmerkmale Vorteile des Verfahrens Vergleich mit der ir-temperaturmessung Quantitative Meßdatenauswertung Versuchsdurchfühjüng Durchgeführte Versuche Ergebnisse Zusammenfassung Bildgebende Meßverfahren in der zerstörungsfreien Materialprüfung (Werner Daum) Einführung Einsatzmöglichkeiten der digitalen Bildverarbeitung Fehlererkennung (Segmentierung) Merkmalsextraktion Fehlerklassifizierung

6 10.3 Zerstörungsfreie Prüfung mittels bildgebender kohärent-optischer Prüfverfahren Formerfassung, Verformungsmessung und Formtreueprüfung mittels topometrischer Meßverfahren Interferometrisches Messen mechanischer Bauteile (Bernd Aatz, Dieter Müller, Heino Weber) Einleitung Welche Vorteile bietet die Interferometrie in Verbindung mit der digitalen Bildauswertung? In welchen Fällen ist die Interferometrie anwendbar? Qualitätssicherung bei der Herstellung von Gleit- und Dichtelementen mit Hilfe der Interferometrie Beschaffenheit der Prüflinge und Prüfkriterien Senkrecht beleuchtendes Verfahren mit dem Interferenz-Autokollimator Interferogrammauswertung mittels Bildverarbeitung ' Prüfen von matten Oberflächen mit dem Schräglichtinterferometer Automatisierung der Interferometer Scan-Interferometrie zur in process Prüfung von Kupferträgern während der Bearbeitung Prüfung von Relaiskontakten mittels Mehrwellenlängen- Interferometrie (MWI).'../ Kontrolle von Halbleiterscheiben Berührungslose Ebenheitsprüfung und Oberflächeninspektion (Harald Rein, Primin Gerspacher) Aufgabenstellung der Topometrie Erkennung von Dellen und Beulen an Karosserieteilen./ Systemaufbau Oberflächenanalyse Anforderungen an industrielle Oberflächen-Prüfsysteme Detektion von Oberflächenfehlern im Sekundentakt Systembeschreibung Meßvorgang Zusammenfassung Mikrotopometrie Vermessung von Lötpasten Oberflächeninspektion von Kunststoff-Spezialfolien Vermessung von Hautreplikas Topometrische Schwingungs- und Verformungsanalyse Schwingungsuntersuchung an einer Autotüre Verformungsanalyse in Echtzeit Optische 3D-Koordinatenmeßtechnik (Dr. Bernd Breuckmann, Frank Haibauer) Aufgabenstellung Mechanische Koordinatenmeßsysteme Opto-Elektronische3D-Meßverfahren Multi-Strukturelle Topometrie Das Problem der Streifenordnung

7 Multi-Frequenz-Verfahren Graycode-Verfahren Vermessung komplexer Objekte Systembeschreibung Mechanischer Aufbau Meßwertaufnahme Systemkalibrierung und Fehlerkorrektur Leistungsmerkmale Anwendungsbeispiele Roboter-Offline-Programmierung Digitalisierung von Urmodellen Paßpunktverfahren Vermessung von weichen und empfindlichen Objekten Entwicklungstendenzen Industrielle Anwendungen der Photogrammetrie (Dr. Wolfgang Riechmann) Hochgenaue dreidimensionale Punktbestimmung in Luft-und Raumfahrt Die großformatige terrestrische Meßkamera Der rechnergesteuerte Monokorhparator RS Automatisierte Bildpunktmessung im digitalen Bild Überprüfung von Großbauvorrichtungen bei der Deutschen Airbus Vermessung von Satellitenantennen Dreidimensionale Vermessung von Fahrzeugformen Programmierbares optisches Meßmittel (POM) Photogrammetrie in der dreidimensionalen Strömungsmeßtechnik Bewegungsanalysen durch Motographie

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