Deflektometrie: Automatische Sichtprüfung spiegelnder Oberflächen
- Contact:
Dipl.-Inform. Sebastian Höfer
Dipl.-Inform. Masoud Roschani
Dipl.-Ing. Stefan Werling - Project Group: VBV
Ausgangssituation
Ziele
- Bei Verwendung handelsüblicher LC-Displays als Mustergeneratoren lassen sich nur kleine Flächen in einer Messung inspizieren. Es ist daher erforderlich, die deflektometrische Messeinrichtung mit einem Handhabungssystem zu kombinieren, um das Prüfobjekt aus beliebigen Positionen im Raum zu beobachten.
- Die quantitative Rekonstruktion spiegelnder Oberflächen stellt ein schlecht gestelltes inverses Problem dar, für dessen Lösung Zusatzinformation erforderlich ist. Solche Zusatzinformation wird beispielsweise mittels Lokalisierung eines Bezugspunkts, mittels mehrerer Messungen aus unterschiedlichen Kameraperspektiven oder durch Sensorfusion mit Shape from Shading-Daten erhalten.
- Die echte 3-D-Rekonstruktion der Oberfläche ist rechenintensiv und in Echtzeit oft nicht möglich. Eine Rekonstruktion ist jedoch in der Praxis häufig auch gar nicht erforderlich, wenn es nur darauf ankommt, die Fehlerfreiheit des Prüfobjekts festzustellen. Hier bieten sich Inspektionsstrategien mit sog. »inverser« Anregung an, bei denen ein fehlerfreies Objekt unauffällige Sensordaten erzeugt, die sehr schnell auswertbar sind.
Projektbeschreibung
Zur Rekonstruktion der spiegelnden Oberfläche wurden bislang zwei Ansätze prototypisch realisiert: Zum einen erzeugt die gezielte Verschiebung des Sensorkopfs während der Messung charakteristische Mustervariationen, was zur Regularisierung des Rekonstruktionsproblems genutzt wird. Zum anderen wurde für teilspiegelnde Oberflächen ein neuartiges Verfahren der Sensorfusion entwickelt, das die deflektometrische Messung mit einem Shape from Shading-Ansatz kombiniert.
Für die schnelle Inspektion bekannter Oberflächen wurde ein Verfahren auf der Grundlage inverser Muster entwickelt. Dazu werden verformte Muster auf dem LC-Display dargestellt, deren Spiegelung in der Oberfläche unverzerrte Kamerabilder ergibt. Die inversen Muster werden in einem Kalibrierschritt an einem fehlerfreien Exemplar erzeugt und stehen dann für die Serieninspektion zur Verfügung.
Ergebnis
Das zweite Bild verdeutlicht die am Lehrstuhl entwickelte Inspektion mittels inverser Muster. An das intakte Prüfobjekt (links oben) wird ein inverses Muster maßgeschneidert (links unten), das im Kamerabild unverzerrte Streifen erzeugt (Mitte oben). Dieses regelmäßige Muster lässt sich sehr einfach prüfen, etwa mittels einer Projektion in vertikaler Richtung (Mitte unten). Ein Prüfobjekt mit Geometriedefekten führt demgegenüber zu Verzerrungen im Kamerabild (rechts oben), so dass die Projektion (rechts unten) vom normalen Verlauf gut erkennbar abweicht.
Zusammenfassend ist die Deflektometrie eine adäquate Messmethode zur Inspektion spiegelnder Oberflächen. Sie bietet im industriellen Einsatz interessante Perspektiven:
- Hochgenaue Inspektion zur Detektion kleinster Fehler,
- vollständige Rekonstruktion der 3-D-Gestalt des Prüfobjekts sowie
- schnelle Inspektion unter Verwendung inverser Muster.