Zusammenfassung
Die Identifizierung kleiner Oberflächendefekte sowohl an optischen Komponenten wie Spiegeln und Linsen als auch an der Produktästhetik dienenden hochglänzenden Oberflächen im Konsumgüterbereich erfolgt in vielen Fällen auch heute noch durch visuelle Sichtprüfung. Im vorliegenden Beitrag wird das Messprinzip einer kamerabasierten Defekterkennung vorgestellt, welche ähnlich wie die klassische Deflektometrie auf der direkten Beobachtung einer flächenhaften, örtlich modulierbaren Lichtquelle basiert. Im Unterschied zur Deflektometrie erfasst das vorgeschlagene Verfahren jedoch nicht die Neigung oder Krümmung der Oberfläche, sondern wertet lokale Belichtung und Sichtbarkeit der modulierten Lichtquelle aus, welche durch das Reflexions- und Streuverhalten der Oberfläche beeinflusst werden. Auf diese Weise können Defekte wie Kratzer, Schrammen, Verunreinigungen und Einschlüsse detektiert werden, deren Abmessungen deutlich unterhalb der Auflösung des zur Beobachtung eingesetzten Kamerasystems liegen. Das Verfahren ist gleichermaßen in Reflexion wie in Transmission sowie an ebenen und gekrümmten Oberflächen anwendbar und erfordert im Unterschied zur klassischen Deflektometrie keinerlei geometrische Einmessung der Systemkomponenten.
Abstract
The identification of small surface defects on optical components such as mirrors and lenses as well as on high-gloss surfaces related to product aesthetics of consumer goods is in many cases still carried out by visual inspection. The contribution at hand presents the measuring principle of a camera-based defect detection that, similar to classical deflectometry, is based on the direct observation of a spatially extended and locally modulatable light source. In contrast to deflectometry, however, the proposed method does not register the tilt or curvature of the surface but the local illumination and visibility of the modulated light source, which change depending on the reflection and scattering behavior of the surface. By this means, one can detect defects such as scratches, scrapes, contamination, and inclusions whose dimensions are well below the resolution of the camera system used for observation. The method is applicable in reflection and transmission as well as on flat and curved surfaces. In contrast to classical deflectometry, no geometric calibration of the system components is required.
About the authors
Marcus Petz ist seit 1999 am Institut für Produktionsmesstechnik der TU Braunschweig als wissenschaftlicher Mitarbeiter und seit 2005 in der Funktion eines Oberingenieurs tätig. Seine Arbeitsschwerpunkte liegen im Bereich optische Messtechnik, insbesondere photogrammetrische Methoden zur Erfassung von Form und Formänderung, sowie auf dem Gebiet der Multisensor-Koordinatenmesstechnik.
Technische Universität Braunschweig, Institut für Produktionsmesstechnik, Schleinitzstraße 20, 38106 Braunschweig, Tel.: +49-531-3917024, Fax: +49-531-3915837
Marc Fischer studierte Maschinenbau in München und Braunschweig. Er ist seit 2007 am Institut für Produktionsmesstechnik (IPROM) der Technischen Universität Braunschweig als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. Sein Arbeitsschwerpunkt liegt im Bereich optische Messtechnik, insbesondere deflektometrische Methoden zur Erfassung von Form und Brechkraft.
Technische Universität Braunschweig, Institut für Produktionsmesstechnik, Schleinitzstraße 20, 38106 Braunschweig, Tel.: +49-531-3917023, Fax: +49-531-3915837
Rainer Tutsch studierte Physik und promovierte 1994 an der RWTH Aachen im Fach Maschinenbau. Er war Oberingenieur der Abteilung Mess- und Qualitätstechnik des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie, Aachen. Nach einer Industrietätigkeit als Entwicklungsleiter ist er seit Dezember 2000 Professor und Leiter des Instituts für Produktionsmesstechnik an der TU Braunschweig.
Technische Universität Braunschweig, Institut für Produktionsmesstechnik, Schleinitzstraße 20, 38106 Braunschweig, Tel.: +49-531-3917020, Fax: +49-531-3915837
Danksagung
Diese Arbeit basiert in Teilen auf einem vorherigen Forschungsprojekt (Pe1402/2-2), welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG gefördert wurde. Die Autoren bedanken sich für die Förderung.
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