Experimentelle Untersuchungen zur Formerfassung mittels digital-holografischer Interferometrie unter Verwendung von zwei Beleuchtungsrichtungen

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1 Experimentelle Untersuchungen zur Formerfassung mittels digital-holografischer Interferometrie unter Verwendung von zwei Beleuchtungsrichtungen Diplomarbeit am BIAS Bremen im Rahmen des Studiengangs Optotechnik und Bildverarbeitung, Fachhochschule Darmstadt Marc Sandner

2 Experimentelle Untersuchungen zur Formerfassung mittels digital-holografischer Interferometrie unter Verwendung von zwei Beleuchtungsrichtungen Diplomarbeit am BIAS Bremen im Rahmen des Studiengangs Optotechnik und Bildverarbeitung an der Fachhochschule Darmstadt Bearbeitungszeitraum : Oktober 2004 bis April 2005 Betreuender Dozent FH Darmstadt : Prof. Dr. Bernhard Ströbel Betreuer beim BIAS : Dr. Thomas Kreis Daten 2 / 16

3 Inhalt 1. Einleitung / Motivation 2. Digitale Holografie 3. Digital-holografische Formerfassung 4. Messungen und Ergebnisse - Formerfassung mit Selbstkalibrierung - Formerfassung mit erweiterter Kalibrierung 5. Zusammenfassung / Ausblick Inhalt 3 / 16

4 Einleitung Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH (BIAS): Sitz am Campus der Universität Bremen 40 wissenschaftliche MitarbeiterInnen, 19 TechnikerInnen Schwerpunkte: Optische Messtechnik, Materialbearbeitung Forschung in Eigen- und Verbundprojekten sowie auf Auftragsbasis, Entwicklungen für Kunden der Wirtschaft und der öffentlichen Hand 1. Einleitung / Motivation 4 / 16

5 Motivation SFB-Projekt 570: Deformationsmessungen an metallischen Bauteilen Teilaufgabe: Messung der Form von metallischen Bauteilen mittels Methoden der digitalen Holografie 1. Einleitung / Motivation 5 / 16

6 Digitale Holografie Holografie-Aufbau: Lichtintensität auf CCD (Objektwelle) 2. Digitale Holografie 6 / 16

7 Digitale Holografie Holografie-Aufbau: Lichtintensität auf CCD (Referenzwelle) 2. Digitale Holografie 6 / 16

8 Digitale Holografie Holografie-Aufbau: Lichtintensität auf CCD (OW & RW) 2. Digitale Holografie 6 / 16

9 Digitale Holografie Aufnahme und Rekonstruktion: 2. Digitale Holografie 7 / 16

10 Digital-holografische Formerfassung Messobjekt: Stahlzylinder Metall. Objekt: polarisationserhaltende Streuung Angepasster Messaufbau: Polarisation der Objektstrahlen und Selektion durch Pol.-Filter Objektwellen 3. Digital-holografische Formerfassung 8 / 16

11 Digital-holografische Formerfassung Messobjekt: Stahlzylinder Metall. Objekt: polarisationserhaltende Streuung Angepasster Messaufbau: Polarisation der Objektstrahlen und Selektion durch Pol.-Filter Objektwelle 1 3. Digital-holografische Formerfassung 8 / 16

12 Digital-holografische Formerfassung Messobjekt: Stahlzylinder Metall. Objekt: polarisationserhaltende Streuung Angepasster Messaufbau: Polarisation der Objektstrahlen und Selektion durch Pol.-Filter Objektwelle 2 3. Digital-holografische Formerfassung 8 / 16

13 Aufbau 3. Digital-holografische Formerfassung 9 / 16

14 Objektstrahl 3. Digital-holografische Formerfassung 9 / 16

15 Referenzstrahl 3. Digital-holografische Formerfassung 9 / 16

16 Objekt- und Referenzstrahl 3. Digital-holografische Formerfassung 9 / 16

17 Messungen und Ergebnisse erste Formmessung Messobjekt: M6 - Schraube, mit Mattlack präpariert Verarbeitungsschritte: Objekt 4. Messungen und Ergebnisse 10 / 16

18 Messungen und Ergebnisse erste Formmessung Messobjekt: M6 - Schraube, mit Mattlack präpariert Verarbeitungsschritte: P diff (x,y) 4. Messungen und Ergebnisse 10 / 16

19 Messungen und Ergebnisse erste Formmessung Messobjekt: M6 - Schraube, mit Mattlack präpariert Verarbeitungsschritte: P diff (x,y), demoduliert 4. Messungen und Ergebnisse 10 / 16

20 Messungen und Ergebnisse erste Formmessung Messobjekt: M6 - Schraube, mit Mattlack präpariert Verarbeitungsschritte: Unskaliertes Höhenbild 4. Messungen und Ergebnisse 10 / 16

21 Ergebnisbilder: Gemessene Objektkontur k k, ungefiltert k, gefiltert mit 7x7 Median 4. Messungen und Ergebnisse 11 / 16

22 Zweite Formmessung, Messobjekt: Stahlzylinder Objekt mit Markierungen 4. Messungen und Ergebnisse 12 / 16

23 Zweite Formmessung, Messobjekt: Stahlzylinder Gemessene Objektkontur k k, ungefiltert k, gefiltert mit 9x9 Median 4. Messungen und Ergebnisse 13 / 16

24 Vergleich mit Triangulationssensor Messung: Fehlerbild D (x T, y T ) Linearer systematischer Fehleranteil F1 (x T, y T ) 4. Messungen und Ergebnisse 14 / 16

25 Vergleich mit Triangulationssensor Messung: Sphärischer Fehleranteil F6 (x T, y T ) Rauschanteil R (xt,yt) = D - F1 - F6 4. Messungen und Ergebnisse 15 / 16

26 Zusammenfassung / Ausblick Die beschriebene Messtechnik ist prinzipiell einsetzbar zur Messung von Objektkonturen wegen Rauschanfälligkeit nicht zur Messung von detaillierten Formen geeignet Einsatz zur Detektion großflächiger Verformungen möglich. Anknüpfpunkte für weitere Arbeiten: Erweiterung des Geometriemodells Einbeziehen einer zweiten Kamera ( simultane Aufnahme ) Überarbeitung der Kalibriermethode 5. Zusammenfassung und Ausblick 16 / 16

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