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Dreidimensionale Formerfassung per Streifenprojektion

Das Grundprinzip ist - ähnlich wie bei der Laserprofilmessung - die Triangulation.

Allerdings wird die gesamte Werkstückoberfläche auf einmal erfasst, durch die Projektion eines Streifenmusters, das typischerweise in einem Winkel von 30° auf die Oberfläche projiziert und von einer senkrecht auf die Fläche blickenden Messkamera aufgenommen wird. Eine Besonderheit ist die Verwendung der Grauwertverläufe an den Streifenflanken, wie sie im folgenden Bild gezeigt wird:

Prinzip der phasenmessenden Streifenprojektion

Aus mindestens drei in sehr schneller Folge projizierten Streifenmustern mit sinusförmigem Intensitätsverlauf werden die genauen lateralen Streifenpositionen (Phasen) für alle Punkte der Oberfläche ermittelt. Die Grauwertgenerierung erfolgt dabei digital, unter Verwendung hochauflösender Mikrospiegel-Displays (DLP), einer bewährten, robusten und extrem langlebigen Technologie von Texas Instruments. Dies erhöht die Triangulation und damit die Höhenauflösung um bis zu zwei Größenordnungen, bei extrem geringem Temperaturdrift und hoher Langzeitstabilität.

Typischerweise ist die Höhenauflösung bei diesem Verfahren zehnmal besser als die laterale Auflösung der Messkamera; bei Mittelung über der Fläche (z.B. für Ebenheitsmessungen) lässt sich dies bis zum hundertfachen steigern (Bild rechts).

Die Messfelder lassen sich bei der Streifenprojektion von weniger als einem Millimeter bis zu mehr als einem Meter skalieren, wobei die Auflösung entsprechend mit skaliert. Sie ist somit für große wie kleine Messobjekte geeignet, für Übersichtsaufnahmen aufgrund der hohen Messgeschwindigkeit ebenso wie für präzise Messungen aufgrund hoher Auflösung und Genauigkeit. Das Volumen von Motorbrennräumen z.B. wird mit diesem Verfahren zehnmal genauer gemessen als mit dem klassischen Auslitern.

Aufnahme eines Motorbrennraums mit Streifenprojektion

Bei sehr kleinen Messfeldern ist die Auflösung so hoch, dass die Lichtwellenlänge bereits eine Rolle spielt. Durch die Verwendung monochromer, blauer LED-Lichtquellen erzielen die Messkameras optimale Ergebnisse. Ebenso verbessert dies die optischen Reflexionscharakteristika für zahlreiche technische Oberflächen. Die Messung liefert direkt detaillierte Höhenwerte über einen großen Bereich (siehe folgende Abbildung)

3D-Bild farbcodiert (links) und mit Oberflächentextur aus dem Kamerabild (rechts). Messfeld (10 x 8) mm²

Messung eines sich drehenden Lüfterrades (Höhenwerte als Farben dargestellt)

Das Verfahren erlaubt extrem schnelle Messungen. Messzeiten liegen zwischen einigen Sekunden und Bruchteilen einer Sekunde. Spezielle Geräte erreichen mehr als 30 Bilder/s, wie das folgende Bild demonstriert. Da das Bild aus einer Vielzahl von Streifenlichtprojektionen zusammengebaut wird, um die größtmögliche Genauigkeit zu erzielen, ist es notwendig, dass sich das Objekt während der Aufnahmesequenz nicht bewegt.

Die Zahl der aufeinander folgenden Projektionen hat ebenso einen Einfluss auf die Genauigkeit. Der Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit kann durch die Konfiguration der Kamera angepasst werden. Messung eines sich drehenden Lüfterrades (Höhenwerte als Farben dargestellt) Die hohe Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Erfassung großer Messvolumina prädestiniert die Streifenprojektion besonders für industrielle Kontrollaufgaben wie z.B. Inspektionen auf Formabweichung, Vollständigkeit, die Lage von Bauteilen oder Volumenmessungen.

Um die Wirkung von Lichtschatten zu reduzieren und das System toleranten gegen Lichtrauschen zu machen, verwenden einige Streifenlichtkameras zwei Sensoren auf jeder Seite des Projektors.

Komplette Lösungen, die diese Technik verwenden, finden Sie im Kapitel Bildverarbeitungssysteme.


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