Deflektometrie Ein Messverfahren für spiegelnde Oberflächen

Transkript

1 Deflektometrie Ein Messverfahren für spiegelnde Oberflächen Dr. Alexander Zimmermann FORWISS Universität Passau Institut für Softwaresysteme in technischen Anwendungen der Informatik 19. Oktober 2017

2 Gliederung Gliederung Einführung Deflektometrie 3D-Rekonstruktion Ausblick Zusammenfassung

3 Über den Vortragenden Dr. Alexander Zimmermann Wissenschaftlicher Mitarbeiter am FORWISS, Institut für Softwaresysteme in technischen Anwendungen der Informatik Schwerpunkt: Approximation, Bildverarbeitung, Deflektometrie, Splines

4 Phasenschiebene Deflektometrie Messobjekte lackierte (Metall-)Oberflächen polierte (Metall-)Oberflächen Wafer Glas Windschutzscheiben Scheinwerfer (Smartphone-)Displays Brillengläser optische Oberflächen

5 Phasenschiebene Deflektometrie Aufbau Display Kamera Objekt

6 Phasenschiebene Deflektometrie

7 Phasenschiebene Deflektometrie Aufbau für beliebige spiegelnde Oberflächen Standard-Kamera Auflösung bestimmt laterale Genauigkeit auf Objekt Standard-Display Auflösung bestimmt Krümmungsempfindlichkeit auf Objekt mehrere Aufnahmen mit geschobener Phase Objekt wird scharf gestellt Display erscheint unscharf Phasenrekonstruktion in jedem Bildpunkt

8 Phasenschiebene Deflektometrie Ergebnis Basisintensitätsbild: Helligkeit Amplitudenbild: Reflektivität Krümmungsbild: Ebenenabweichung Basisintensitätsbild Amplitudenbild Krümmungsbild

9 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Originalbild 1

10 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Originalbild 2

11 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Originalbild 3

12 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Originalbild 4

13 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Originalbild 5

14 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Originalbild 6

15 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Basisintensitätsbild: Helligkeit

16 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Amplitudenbild: Reflektivität

17 Phasenschiebene Deflektometrie Linse Krümmungsbild: Ebenenabweichung

18 Phasenschiebene Deflektometrie Messdauer 4 bis 12 Einzelbilder <1s bis 15s Rechenzeit 20ms bei 4 Bildern 260ms bei 12 Bildern

19 3D-Rekonstruktion Verbesserter Aufbau und erweiterte Algorithmik Kamera intern kalibriert Display extern kalibriert bzgl. Kamera Aufnahme mehrerer Phasenbilder erlaubt 3D-Rekonstruktion der Oberfläche

20 3D-Rekonstruktion

21 3D-Rekonstruktion Delle Durchmesser: 10mm Höhe: 14µm Beule Durchmesser: 6mm Höhe: 12µm

22 Vergleich Konfokale Messung - deflektometrische Messung Vermessung eines Dellenpaares (45µm/10µm Tiefe) auf poliertem Blech Quelle: Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

23 3D-Rekonstruktion Messdauer 8 bis 48 Einzelbilder 2s bis 60s Rechenzeit 1s bis 4s Genauigkeit (abhängig vom Aufbau) lateral: < 1mm Höhe: < 1µm

24 Eigenschaften der Deflektometrie Vorteile keine aufwändige Ausrichtung vom Messkopf und Objekt beliebige Oberflächenform messbar Bestimmung von Krümmung, Reflektanz und Helligkeit in einer Messung Nachteile absolute Höhe nicht bestimmbar Einzelmessung auf ca. 200mm x 200mm beschränkt

25 Stereo-Deflektometrie Aufbau Display Kamera Objekt Kamera zur eindeutigen Bestimmung der Höhe

26 Stereo-Deflektometrie Aufbau

27 Stereo-Deflektometrie Absolute Höhe

28 Stereo-Deflektometrie Messdauer 16 bis 96 Einzelbilder 2s bis 60s Rechenzeit 1s bis 10s

29 Aktuelle Arbeiten Automatische Kalibrierung Elimination von Rückseitenreflexionen

30 Automatische Kalibrierung Automatische Kalibrierung von Kameras Display Oberfläche mit Hilfe Display mehrere Aufnahmen verschiedene Positionen ein Messobjekt Kamera Objekt Kamera

31 Rückseitenreflexionen Kamera Display α α' Glas β

32 Rückseitenreflexionen Simulation

33 Rückseitenreflexionen Messung: mit Rückseitenreflexionen Vorderseite: ohne Rückseitenreflexionen

34 Rückseitenreflexionen Verwendung mehrerer Messungen Rekonstruktion Korrekte Vorderseite

35 Zusammenfassung Deflektometrie Ein 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

36 Vielen Dank Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.