ILM - 3D-Messtechnik - Gesundheitsindustrie BW

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ILM - 3D-Messtechnik
Unterschiedliche Verfahren zur Form- und Gestalterfassung werden am ILM angewandt. Zu
diesen zählen unter anderem die 3D-Formerfassung durch Streifenprojektion, die
Interferometrie und die Kurzkohärente Interferometrie (OCT).
3D-Formerfassung durch Streifenprojektion
ILM Dreidimensionale Darstellung eines Wundareals. © ILM
Die Technik der Streifenprojektion beruht auf dem Prinzip der Triangulation, welches in diesem
Fall auf drei Dimensionen erweitert wird. Damit ist eine 3-D Formerfassung von Oberflächen
möglich.
Die Streifenprojektionstechnik hat sich in der technischen Anwendung bereits zur
Qualitätssicherung und zur Objektlageerkennung durchgesetzt. Sie kann aber auch in
medizinischen Anwendungsbereichen sinnvoll eingesetzt werden.
Am ILM wurden Systeme für unterschiedliche Anwendungen realisiert: In der Orthopädie die
Vermessung von Fußanomalien, in der Dermatologie die Dokumentation von Falten und in der
Chirurgie die quantitative Bestimmung von Wundvolumina.
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Interferometrie
In der Interferometrie überlagert man Lichtwellen von einem bestrahlten Objekt mit
Referenzwellen. Durch Auswertung der Interferenzmuster werden Aussagen über kleinste
räumliche oder zeitliche Veränderungen der Objektoberfläche möglich.
Die darauf basierenden Interferometer können auf verschiedene Weise aufgebaut sein und so
immer dem Messproblem angepasst werden.
Interferometrische Aufbauten werden am ILM für einfache Aufgaben der Abstandsbestimmung
oder Vibrationsanalyse bis hin zu komplexen Verfahren wie der Shearographie oder der
Kurzkohärenztomographie eingesetzt.
Kurzkohärente Interferometrie (OCT)
ILM Schnittbild durch eine Kunststoffverbundschicht, gewonnen mit der Kohärenz-Interferometrie. © ILM
Bei der Kurzkohärenz-Interferometrie wird als Lichtquelle kein Laser, sondern eine Quelle mit
kurzer Kohärenzlänge verwendet, typischerweise eine Superlumineszenzdiode. Aus dem von
einer Probe zurückgeworfenem Licht werden anhand der Interferenz die Photonen registriert,
deren
zurückgelegte optische Weglänge innerhalb der Kohärenzlänge gleich ist.
Damit können Schichtdicken von transparenten und nicht transparenten Medien, Fehlstellen in
den Schichtgrenzen von Verbundwerkstoffen oder Abstände von technischen
Komponenten in komplizierten Aufbauten hochpräzise bestimmt werden.
In der Medizin lassen sich mit OCT hochauflösende Einblicke der Augenhintergründe oder der
obersten Schicht von Haut gewinnen.
Viele der bekannten 3D-Messverfahren scheitern an stark streuenden bzw. semitransparenten
Objekten. Hier erweist sich die konfokale Messtechnik und insbesondere eine Abwandlung, die
chromatisch codierte Distanzmessung, als Mittel der Wahl.
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Schlüsselelement bei diesem Verfahren ist ein Objektiv mit starker chromatischer Aberration.
Über dieses werden ein oder mehrere mit Weißlicht beleuchtete Punkte auf die
Probenoberfläche abgebildet. In Rückwärtsrichtung wird das remittierte
Licht konfokal in ein oder mehrere Pinholes fokussiert. Bei der Wellenlänge, bei der die
Abbildung über das chromatisch abhängige Objektiv exakt stimmt, gelangt der größte
spektrale Lichtanteil durch das jeweilige Pinhole.
Chromatisch kodierte Konfokale Messtechnik
Über ein nachgeschaltetes FarbmessSystem ((multifokales) Spektrometer oder Farbkamera)
kann letztendlich über die Bestimmung der spektralen Peaklage der Objektabstand in dem
jeweiligen Messpunkt bestimmt werden. Die wesentlichen Kenngrößen (Peakbreite,
Signaluntergrund, Messbereich, Auflösung etc.) dieses Systems können durch eine Reihe von
Parametern (Lichtquelle, Brennweite und Farbfehler des Objektivs, Pinholegröße, FarbmessSystem etc.) beeinflusst bzw. gezielt parametrisiert werden. Am ILM wird dieses Verfahren u.a.
in einer speziellen patentierten Anordnung zur Rauheitsmessung an Papier erprobt und in
einer ebenfalls patentierten multifokalen Anordnung zur Topographiemessung an stark
streuenden Proben.
Pressemitteilung
08.01.2009
Quelle: ILM
Weitere Informationen
Dr. Karl Stock
E-mail: karl.stock(at)ilm.uni-ulm.de
Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Meßtechnik (ILM), Ulm
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