Fast Detection and Analysis of Geometry Defects on Free Form Surfaces Using Model-Based Inverse Fringe Projection

Autor: Andreas Pösch

ISBN: 978-3-944586-91-5

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2014

Herausgeber der Reihe: Eduard Reithmeier

Band-Nr.: imr 04/2014

Umfang: 166 Seiten, 79 Abbildungen

Schlagworte: inverse Streifenprojektion, 3D-Messung, Freiform-Objekte

Kurzfassung: Streifenprojektion ist ein berührungsloses Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Geometrie von Objekten. Zur Prüfung von Geometrieabweichungen gegenüber einer Referenz ist die Variante der inversen Streifenprojektion geeignet. Ziel der Arbeit ist es, die inverse Streifenprojektionsmethode derart zu erweitern, dass kein Master-Bauteil als Referenz erforderlich ist. Stattdessen wird ein virtuelles CAD-Modell für die Berechnung des notwendigen inversen Projektionsmusters genutzt. Durch Projektion dieses inversen Musters auf die Bauteiloberfläche können Geometriefehler mittels schneller 2D-Bildverarbeitungsalgorithmen erkannt und bewertet werden. Dafür muss nur ein einziges Kamerabild aufgenommen werden, wodurch der Messvorgang gegenüber konventioneller Streifenprojektion erheblich beschleunigt wird. Die Implementierung basiert auf der Kombination eines realen Streifenprojektionssystems mit einem virtuellen Streifenprojektionssystem. Dabei besteht der Hardware-Aufbau aus einer Industriekamera und einem Videoprojektor. Das virtuelle System ist mittels Raytracing-Verfahren realisiert. Um die Abbildungseigenschaften beider Systeme in Einklang zu bringen, ist eine angepasste Kalibriermethode implementiert. Das beschreibende mathematische Modell ist derart gewählt, dass damit auch effizientes Raytracing möglich ist. Im Weiteren werden neue Ansätze zur Auswertung des erfassten Kamerabildes untersucht. Es sind schnelle und robuste Methoden zur Lokalisierung und Abschätzung von Geometriefehlern auf der Bauteiloberfläche entstanden. Es kann ein großer Geschwindigkeitsvorteil bei der Datenauswertung erzielt werden, da es hierbei weder erforderlich ist, eine dreidimensionale Punktewolke des Objekts explizit zu rekonstruieren, noch dreidimensionale Stukturen zu nutzen. Gegenüber professioneller Inspektionssoftware erreicht die neue Methode im Experiment eine um eine Größenordnung reduzierte Rechenzeit.