Hochgenaue deflektometrische Formmessung unter Berücksichtigung der nicht-idealen Eigenschaften eines Displays als Referenzebene (MoniKal)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann; Dr.-Ing. Marcus Petz
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298137953

Die phasenmessende Deflektometrie ist ein hochempfindliches, flächenhaft messendes optisches Verfahren, mit dem sich Details von spiegelnden Oberflächen sehr genau bestimmen lassen. Dabei wird die Verzerrung einer Referenzstruktur (z.B. verkörpert durch einen Computermonitor), die sich in der zu messenden Oberfläche spiegelt, quantitativ bestimmt. Die direkte Messgröße, die sich aus der Verzerrung ergibt, ist die Neigung an jedem Punkt der Objektoberfläche. Durch Differenzieren wird die lokale Oberflächenkrümmung ermittelt. Die sehr hohe Empfindlichkeit des Verfahrens hinsichtlich lokaler Störungen führt mit geringem Aufwand zu einer Höhenauflösung von etwa 1 nm. Daher hat das Verfahren auch Eingang in die industrielle Qualitätsprüfung gefunden. Schwieriger ist die präzise Ermittlung der Absolutform durch Integration der Neigungsdaten, da sich geringfügige systematische Fehler zu großen Formabweichungen aufintegrieren können. Während verschiedene Methoden zur Kamera- und Abstandskalibrierung bereits modelliert und erfolgreich erprobt worden sind, ist bisher über die Abweichungen, die ein reales Display einem Referenzmuster aufprägt, nur wenig bekannt. So können große Displays nicht mehr als ebene Flächen angesehen werden, und weder die Auswirkungen der Mattscheibe vor den leuchtenden Pixeln noch der Einfluss einer vom Beobachtungswinkel abhängigen Intensität sind bisher systematisch untersucht worden.Ziel des hier vorgeschlagenen Vorhabens ist die Erforschung von Methoden zur Display- und Systemkalibrierung, mit denen die Messunsicherheit deflektometrischer Messsysteme unter Verwendung eines Monitors von derzeit etwa 4 bis 15 µm an ebenen und gering gekrümmten Flächen um ca. eine Größenordnung auf dann 0,5 µm auch an stärker gekrümmten Flächen gesenkt werden kann. Dabei sind folgende Teilziele zu erreichen: i) Charakterisierung von Displays und Entwicklung eines Display-Abstrahlungsmodells. ii) Integration des Display-Modells in die Sichtstrahlkalibrierung der Kameras. iii) Neuartige Systemkalibrierung mit Einbeziehung des Displaymodells und der Sichtstrahlkalibrierung für Verfahren zur Messung sowohl stetiger als auch unstetiger Oberflächen. iv) Empirisch fundierte Aussagen zu systematischen Abweichungen der Messverfahren durch Qualifizierung mittels ebener und gekrümmter Prüfkörper. v) Experimenteller Nachweis der verbesserten Messunsicherheit anhand von Ergebnissen ohne und mit Berücksichtigung der Displayeigenschaften und der verbesserten Systemkalibrierung.Das Projekt ist für eine gemeinschaftliche Bearbeitung durch zwei Antragsteller konzipiert. In der ersten Projektphase untersucht das IPROM den Effekt von Einflüssen des realen Abstrahlverhaltens von Displays, während das BIAS erweiterte Ansätze zur Systemkalibrierung deflektometrischer Messanordnungen formuliert und experimentell validiert. Zum Abschluss der Arbeiten wird ein gemeinsames Messsystem aufgebaut.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen