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Automatische Sichtprüfung und Rekonstruktion spiegelnder Oberflächen

Automatische Sichtprüfung und Rekonstruktion spiegelnder Oberflächen
Ansprechpartner:Dr.-Ing. Stefan Werling
Projektgruppe:

VBV

Endtermin:

Forschung abgeschlossen

Projektbeschreibung

Am Lehrstuhl für Interaktive Echtzeitsysteme wurde in Kooperation mit dem Fraunhofer IITB ein robotergeführter Sensorkopf entwickelt. Der Sensorkopf besteht aus einem LC-Display als Mustergenerator, mehreren hochauflösenden Videokameras sowie einem sensorintegrierten Steuer- und Auswerterechner. Die kompakte Ausführung des Sensorkopfs ermöglicht die Montage auf einem Industrieroboter (siehe Abbildung).

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.

kein Bild

Ergebnisse

Die Abbildungen zeigen zwei Beispiele der deflektometrischen Oberflächeninspektion. Im ersten Bild ist ein häufig anzutreffender Fall dargestellt: Das Prüfobjekt reflektiert sowohl diffus als auch spiegelnd. Während in der diffusen Reflexion (Bild links) vor allem das Dekor (die »Farbe«) der Oberfläche zu erkennen ist, tritt im Spiegelbild der Umgebung (Mitte) die Oberflächentopografie in Erscheinung. Die deflektometrische Auswertung des Prüfobjekts (rechts) zeigt das Oberflächenrelief in überhöhter Darstellung, hier sind Defekte (im Beispiel etwa kleine Krater in der Glasur) leicht zu detektieren.

Ergebnisse - Teller

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.

Ergebnisse - Spiegel

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.