Ganzheitliche Multi-Kamera Deflektometrie (MultiDeflect)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411170139

Geometrisch-optische Messtechnik ermöglicht schnelle, robuste, berührungslose und genaue 3D-Formerfassung und bietet sich daher für viele Fertigungsverfahren zur Qualitätskontrolle an. Für spiegelnde Oberflächen wie lackierte Autokarosserien oder optische Komponenten ist die Deflektometrie als Messverfahren besonders geeignet. Dabei werden definierte Muster z.B. mit einem Monitor erzeugt, deren Reflexion am Objekt von einem Sensor, z.B. einer CCD-Kamera, beobachtet wird. Phasenmessende Deflektometrie (PMD) verwendet sinusförmige Streifenmuster, um mittels Phasenschieben eine eindeutige Kodierung der Muster zu erreichen. Die Geometrie des Prüfkörpers wird berechnet, indem Oberflächenpositionen und lokale Neigungen mittels Strahlverfolgung bestimmt werden. Aus diesem Ansatz folgen wesentliche Eigenschaften der Deflektometrie: i) Position und lokale Neigung sind mehrdeutig. Eindeutigkeit erreicht man durch Einbringen von Vorwissen oder zusätzliche Sensorik. ii) Die Empfindlichkeit gegenüber der Neigung ist erheblich größer als gegenüber der Position. Zur Formerfassung muss über die gemessenen Neigungen integriert werden. Dies führt zu besonders hohen Anforderungen an die Systemkalibrierung, da sich Kalibrierfehler hierbei fortpflanzen.Ziel des Vorhabens ist daher, eine große Menge an Sensorinformationen und Vorwissen sowie Methoden zur Auflösung der Mehrdeutigkeiten optimal bei der Systemkalibirerung und Messung zu nutzen und so die Messunsicherheit zu verringern. Den Ansatz hierfür bildet in diesem Projekt die gesamtheitliche Behandlung aller Parameter des Messsystems analog zum Bundle Adjustment, dass zur Selbstkalibrierung von Kameras verwendet wird. Untersuchungen zur Verbesserung der Genauigkeit von Kalibrierung und Messung durch zusätzliche, unabhängige Informationen bei gesamtheitlicher Betrachtung sind in der Literatur bisher nur in Ansätzen zu finden. Kameras wurden meist im photogrammetrischen Modell behandelt, obwohl die modellfreie Sichtstrahlkalibrierung zusätzliche Informationen zur gesamtheitlichen Betrachtung beitragen kann. Das beantragte Projekt sieht daher das Erstellen eines PMD Aufbaus vor, der vier Kameras nutzt und über einen Abstandssensor verfügt, um einen Referenzpunkt zu bestimmen. Folgende Teilziele müssen erreicht werden: i) Entwicklung und Qualifizierung von gesamtheitlichen Optimierungsverfahren unter Berücksichtigung von ein bis vier Kameras; ii) Lösen von Mehrdeutigkeiten durch kombinierten Einsatz des Mehr-Kamera Prinzips und der Kenntnis eines Referenzpunktes; iii) verbesserte Optimierung durch die zusätzliche Betrachtung der Kameras im Sichtstrahlmodell. Die hier zu erforschenden Verfahren können in bereits existierenden PMD Systemen eingesetzt werden und durch effektive Nutzung von Sensorinformationen die Messunsicherheit und den Zeitaufwand für Messungen einschließlich Kalibrierung erheblich verringern. Das Projekt zeigt außerdem Grenzen und Möglichkeiten für präziseres Messen durch zusätzliche Sensorik auf.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen