Phasenmessende Deflektometrie mit aktiver Displayregistrierung (DeflektAktiv)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Hochgenaue dreidimensionale Formerfassung ist eine Voraussetzung für präzise Fertigung und Qualitätskontrolle. Phasenmessende Deflektometrie (PMD) ermöglicht schnelle, vollflächige und kontaktlose Formerfassung spiegelnder Oberflächen. Dabei beobachtet eine Kamera über Reflexion an der spiegelnden Oberfläche auf einem Display angezeigte Muster, die durch die Krümmung des Messobjekts im Kamerabild verzerrt erscheinen. Zur quantitativen Auswertung zeigt das Display Sinusmuster an, aus denen sich mithilfe der Phasenschiebetechnik eine Zuordnung zwischen Kamerapixeln und Displaypixeln berechnen lässt, eine sog. Phasenmessung. Um die Form des Spiegels zu vermessen, müssen diese zweidimensionalen Positionsinformationen auf dem Display durch Kenntnis seiner Lage und Form in Punkte im dreidimensionalen Raum umgerechnet werden. Lage und Form des Displays sind allerdings nicht konstant, sondern ändern sich durch gravitationsbedingte Kräfte abhängig von der Ausrichtung und insbesondere durch thermische Expansion. Somit ist ein Verfahren erforderlich, das die Lage und Form des Displays simultan zu jeder PMD-Messung erfasst. Ein solcher Ansatz wird in diesem Projekt verfolgt, indem ein auf das Display gerichtetes Registrierungs-Kamerasystem Lage und Form des Displays bestimmt (sog. aktive Displayregistrierung, ADR). Die Registrierungskameras nehmen eine Phasenmessung auf und können damit nach dem Prinzip der stereoskopischen Streifenprojektion die dreidmensionalen Koordinaten des Displays berechnen. Die PMD mit ADR benötigt also keine vorherige Kalibrierung der Lage und Form des Displays, sodass Phasenmessungen außerdem mit dem Display in verschiedenen Lagen aufgenommen werden können. Dadurch wird eine Uneindeutigkeit bei der Formrekonstruktion des reflektierenden Objekts beseitigt, die ansonsten die PMD auszeichnet. Ziel des Projekts DeflektAktiv ist die Erprobung und Optimierung der PMD mit ADR (PMD-ADR) sowie eine quantitative Bewertung der Messgenauigkeit, um das Verfahren in der Messtechnik zu etablieren. Dazu wurde PMD-ADR experimentell realisiert und die Rechenverfahren zur Simulation, Kalibrierung, Formberechnung und -auswertung wurden implementiert. PMD-ADR wurde erfolgreich zur Formmessung ebener, sphärischer und asphärischer spiegelnder Oberflächen eingesetzt. Es zeigte sich, dass die Genauigkeit im Rahmen der Messunsicherheit vergleichbar ist zu einer konventionellen PMD-Methode. PMD-ADR ermöglichte auch die Vermessung stark gekrümmter Oberflächen. Ein interessantes weiteres Ergebnis ist zudem die Erkenntnis, dass ADR mit nur einer Kamera möglich ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Phasenmessende Deflektometrie mit aktiver Displayregistrierung, in: Proc. of 121th DGaO Conference (2020)
Jonas Bartsch & Ralf B. Bergmann
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Active Display Registration in Phase Measuring Deflectometry, in: 12th High Level Expert Meeting - Asphere Metrology (2022)
Yann Sperling, Jonas Bartsch & Ralf B. Bergmann
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A3.3 Active Display Registration in Phase Measuring Deflectometry. Lectures, 49-50. AMA Service GmbH, Von-Münchhausen-Str. 49, 31515 Wunstorf, Germany.
Sperling, Y. & Bergmann, R.
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Laser-tracker-based reference measurement for geometric calibration of phase-measuring deflectometry with active display registration. Journal of Sensors and Sensor Systems, 13(1), 1-7.
Sperling, Yann & Bergmann, Ralf Bernhard
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Phase measuring deflectometry with monoscopic active display registration. Optics and Photonics for Advanced Dimensional Metrology III, 38. SPIE.
Sperling, Yann & Bergmann, Ralf B.
