Deflektometrie zur Inspektion (teil-)spiegelnder Oberflächen

Control 2012 IOSB Deflektometrie Eingangsbild
© Fraunhofer IOSB

Control 2012 IOSB Deflektometrie Eingangsbild

Deflektometrie zur Inspektion (teil-)spiegelnder Oberflächen
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Deflektometrie zur Inspektion (teil-)spiegelnder Oberflächen

Bei Oberflächen, die in der produzierenden Industrie funktionell eingesetzt werden oder die, wie
z. B. Karosserieteile, ästhetischen Anforderungen genügen müssen, spielt die spiegelnde (gerichtete) Reflexion oft die entscheidende Rolle. Der Mensch erkennt auf solchen Oberflächen bereits kleinste Topographieveränderungen als Defekte, so dass deren Bewertung große Bedeutung besitzt und entsprechend aufwendig ist. Die Inspektion spiegelnder Oberflächen ist in der Praxis jedoch besonders anspruchsvoll: Einerseits sind die meisten gängigen Inspektionsverfahren – z. B. die Streifenprojektion – auf diffuse Reflexion angewiesen. Andererseits können die Ergebnisse solcher Verfahren nicht ohne weiteres zur Bewertung spiegelnder Oberflächen verwendet werden, da der Kunde die Qualität anhand von Spiegelungen der Umgebung in der Oberfläche begutachtet. Deflektometrische Verfahren schließen diese Lücke in der Mess- und Prüftechnik. Zusätzlich können deflektometrische Messdaten weiter verwendet werden, um unerwünschte topographische Strukturen wie z.B. noch erkennbare Faser- oder Schleifstrukturen zu erkennen.

Mit Deflektometrie werden allgemein alle Verfahren zur Gewinnung von Gestaltinformationen über spiegelnde Oberflächen durch automatische Auswertung von Spiegelbildern bekannter Szenen bezeichnet (Bild 1). Aus den Verformungen der Spiegelbilder können dann Rückschlüsse über die Gestalt der Oberfläche gezogen werden.

Am Fraunhofer IOSB wurden Verfahren und Algorithmen erarbeitet, um die Deflektometrie zur industriellen Bewertung von (teil-)spiegelnden Oberflächen einzusetzen. Als Beispiele zeigen die Bilder 2 und 3 zwei Verfahren zur Auswertung deflektometrischer Messdaten.

In Bild 2 wird die Auswertung krümmungsäquivalenter Merkmale von räumlichen Defekten dargestellt. Unschwer erkennt man das sehr gute Signal-zu-Rausch-Verhältnis dieser Merkmalsbilder (dargestellt als Höhenbild). Diese Methodik eignet sich insbesondere zur schnellen und zuverlässigen Inspektion lackierter Bleche.

Unter bestimmten Voraussetzungen gelingt eine vollständige Rekonstruktion der spiegelnden Oberfläche. Dabei zeigt sich, dass eine Höhenauflösung im μm-Bereich problemlos erreichbar ist. Bild 3 zeigt als Beispiel denselben Bildausschnitt wie Bild 2. Im Gegensatz zu Bild 2 entspricht die Darstellung hier der rekonstruierten Oberflächentopographie, es handelt sich also um eine deflektometrische Messung.

Daraus eröffnen sich mehrere Anwendungsmöglichkeiten: die Vermessung lokaler topographischer Defekte, die 3D-Modellgenerierung großer und komplex geformter Objekte und die Analyse topographischer Strukturen mittels Verfahren der Texturanalyse. Bild 4 zeigt ein Beispiel für die deflektometrische Rekonstruktion einer Motorhaube aus ca. 50 deflektometrischen Aufnahmen. Das rekonstruierte Modell ist ein Flächenmodell mit ca. 3 Mio. Dreiecken.

Besonders relevant für den Karosserie-Leichtbau ist die Fähigkeit der Deflektometrie, feine topographische Strukturen zu erfassen. Im Gegensatz zu klassischen Blechen können bei ungünstiger Prozessführung Fasern oder andere Strukturen auf der fertigen Oberfläche noch erkennbar sein. Die Deflektometrie eröffnet zu deren Detektion und Bewertung mittels üblicher Verfahren der Texturanalyse einen neuen Zugang.

Auswertung krümmungsäquivalenter Merkmale von räumlichen Defekten
© Fraunhofer IOSB

Auswertung krümmungsäquivalenter Merkmale von räumlichen Defekten

Rekonstruierte Oberflächentopographie
© Fraunhofer IOSB

Rekonstruierte Oberflächentopographie

Deflektometrische Rekonstruktion einer Motorhaube
© Fraunhofer IOSB

Deflektometrische Rekonstruktion einer Motorhaube