Phasenmessende Deflektometrie mit aktiver Displayregistrierung (DeflektAktiv)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444018140

Hochgenaue dreidimensionale Formerfassung ist eine Vorraussetzung für präzise Fertigung und Qualitätskontrolle. Phasenmessende Deflektometrie (PMD) ermöglicht schnelle, vollflächige und kontaktfreie Formerfassung spiegelnder Oberflächen. Dabei wird der Lichtweg von einer Anzeigefläche über die Reflexion am Messobjekt zu einer Kamera nachvollzogen. Üblicherweise werden Computerdisplays eingesetzt, die die Bestimmung von Aufpunkten reflektierter Sichtstrahlen mittels Ortskodierung durch die Phasenschiebetechnik ermöglichen.Phasenschieben liefert zweidimensionale Positionsinformationen auf dem Display. Die Erfassung dreidimensionaler Ortskoordinaten erfordert daher, dass die Form des Displays bekannt ist. Diese ist allerdings nicht konstant, sondern ändert sich durch physische Belastung gravitationsbedingt abhängig von der Ausrichtung und insbesondere durch thermische Expansion. Somit ist ein Verfahren erforderlich, das die Form der Anzeigefläche simultan zu jeder PMD-Messung erfasst. Ein solcher Ansatz ist durch das Prinzip der stereoskopischen Streifenprojektion gegeben. Dabei werden in den Aufnahmen zweier Kameras transiente Punkte einer durch strukturierte Beleuchtung ortskodierten Oberfläche identifiziert, denen durch Verschneiden der jeweiligen Kamerasichtstrahlen die zugehörigen Ortskoordinaten zugeordnet werden.Der Antrag hat zum Ziel, Genauigkeit und Flexibilität der PMD zu verbessern, indem dem Setup ein zusätzliches Stereokamerasystem hinzugefügt wird, das das Display direkt beobachtet. Da das Display in der PMD die strukturelle Beleuchtung liefert, kann das Prinzip der Streifenprojektion ohne Projektor eingesetzt werden. Das Stereosystem liefert unabhängige Information zum Display für eine verbesserte Formerfassung des Prüfobjekts mit PMD. Zusätzlich ist auch eine genaue Bestimmung der Pose des Displays möglich. Pose und Form des Displays müssen nicht mehr in der Systemkalibrierung hinterlegt werden, da das Stereosystem die absoluten Koordinaten zu den Phasendaten der PMD-Messung liefert. Das Display kann frei positioniert werden, solange die Sichtfelder aller Kameras auf der Displayoberfläche ausreichend überlappen. Mit den meisten PMD-Systemen können gekrümmte Proben nicht vollständig erschlossen werden, da keine Systemgeometrie realisierbar ist, bei der alle Kamerasichtstrahlen das Display erreichen. Das Vorgeschlagene PMD-Setup erlaubt es, die Position des Displays zu variieren und damit, durch das kombinierte Auswerten mehrerer Phasenmessungen für unterschiedliche Displayposen, den Zugang zum Prüfobjekt zu verbessern. Der Einsatz mehrerer Displayposen ermöglicht es außerdem, die Mehrdeutigkeit des Deflektometrieproblems aufzulösen, indem für jeden reflektierten Sichtstrahl mehrere Aufpunkte bestimmt werden. Schließlich können systematische Messfehler vermieden werden, da zusätzliche Informationen zur Displayform verfügbar sind. Es ist nicht mehr erforderlich, eine konstante Displayform für ein kalibriertes System anzunehmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen