Einsatz der Bildverarbeitung in 3D

Einsatz der Bildverarbeitung in 3DTopographiemessungen
Wilfried Bauer, Polytec GmbH
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Warum Optische Messmethoden
 Optische Messmethoden finden
zunehmend Verbreitung in der Industrie
 Berührungslos
 Hohe Wiederhol und
Reproduzierpräzision auch bei
schwierigen Geometrien
 Schnelle Präzisionsmessungen vor
der flächigen Topographie (3DTopographie)
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Tasterspur auf einer Aluminium Oberfläche
Warum Optische Messmethoden
 Optische Messmethoden finden
zunehmend Verbreitung in der Industrie
 Berührungslos
 Hohe Wiederhol und
Reproduzierpräzision auch bei für
Taster schwierigen Geometrien
 Schnelle Präzisionsmessungen vor
der flächigen Topographie (3DTopographie)
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Stoßdämpferteil
Warum Optische Messmethoden
 Optische Messmethoden finden
zunehmend Verbreitung in der Industrie
 Berührungslos
 Hohe Wiederhol und
Reproduzierpräzision auch bei
schwierigen Geometrien
 Schnelle Präzisionsmessungen vor
der flächigen Topographie (3DTopographie)
Beispiel: Ebenheit, Stufenhöhenabstand, Parallelität
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Warum Flächenmessungen?
 Hoher Informationsgehalt
 Visualisierung der Oberfläche
 Beispiel:
 Identifizierung von
Arbeitsspuren oder
Charakterisierung von
Defekterkennung
 Materialverteilung
 Vollständige Information
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Warum Flächenmessungen?
 Hoher Informationsgehalt
 Visualisierung der Oberfläche
 Beispiel:
 Identifizierung von
Arbeitsspuren oder
Charakterisierung von
Defekterkennung
 Materialverteilung
 Vollständige Information
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Warum Flächenmessungen?
 Hoher Informationsgehalt
 Visualisierung der Oberfläche
 Beispiel:
 Identifizierung von
Arbeitsspuren oder
Charakterisierung von
Defekterkennung
 Materialverteilung
 Vollständige Information
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AluSil Surface mit Tasterspur
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Warum Flächenmessungen?
 Hoher Informationsgehalt
 Visualisierung der Oberfläche
 Beispiel:
 Identifizierung von
Arbeitsspuren oder
Charakterisierung von
Defekterkennung
 Materialverteilung
 Vollständige Information
Ebenheit der Fläche(ISO-1101): 2,533 µm,
Ebenheit durch zwei Linienprofile bestimmt: 1,2 and 1,6 µm, Linienprofile treffen
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i.A. nicht den höchsten bzw. tiefsten Punkt
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Warum Weißlicht Interferometrie?
 Interferometer
 erlauben eine sehr genaue
Topographiebestimmung
Analyse von Mikrostrukturen
Analyse von Formparametern
 Auflösung
Nanometer/Subnanometer)
 Die Genauigkeit in vertikaler
Richtung ist unabhängig vom
Gesichtsfeld.
Mikroskop:
Telezentrischer Aufbau:
 Gute Ortsauflösung

großes Messfeld ohne
Stitchen
 Mikroskop

 „Telezentrischer“ Aufbau
Großer Arbeitsabstand und
Scanbereich

Keine Abschattierung, daher
Erreichbarkeit von tief
liegenden Flächen
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 Kleines Gesichtsfeld
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Wie funktioniert Interferometrie?
Detektor
Superposition von zwei monochromatischen und
kohärenten Lichtwellen
Strahlteiler
Referenz
Lichtquelle
l
l Referenz
Objekt
Objekt
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In Phase:
180° phasenverschoben:
Konstruktive
Interferenz
Destruktive
Interferenz
Wie funktioniert Weißlicht Interferometrie?
Scan einer Kugel:
Lichtwellen mit unterschiedlicher Wellenlänge:
lcenter/
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Z=0:
“DurchschnittsIntensität”
1. Ordnung:
Zentrale Wellenlänge
im Maximum, alle
anderen leicht
verschoben
0. Ordnung:
Nur der höchste Punkt
zeigt ein Korrelogram
Maximum
Allen Wellenlängen
interferieren
konstruktiv
Die Höhenlinie
“wandert” nach unten
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Wo wird optische 3D Topographie in der
Industrie eingesetzt?
 R&D (inklusive Schadenskontrolle)
 Qualitätssicherung
(Überprüfung von Toleranzen von Funktionsflächen)
 Im Messraum
 Fertigungsnah
 In der Linie
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Gibt es Beispiele für den Einsatz in der Industrie?
Rauheiten/Texturparameter
Stufenhöhen
Defekt
Mikrogeometrie:
(Anstand, Winkel, Radius..
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Ebenheit
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Was ist die Herausforderung beim produktionsnahem Einsatz der optischen Messtechnik?
 Ungünstige Umgebungsbedingungen
(Vibrationen, Lärm, Staub)
 Kurze Taktzeiten
 Jeder muss die Messung durchführen können
 Automatisierung von Routinemessungen
erforderlich
 Konstanz der Lage und Orientierung der Teile
ist nicht immer gegeben
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Was ist die Herausforderung beim produktionsnahem Einsatz der optischen Messtechnik?
 Ungünstige Umgebungsbedingungen
(Vibrationen, Lärm, Staub)
 Kurze Taktzeiten
 Jeder muss die Messung durchführen können
 Automatisierung von Routinemessungen
erforderlich
 Konstanz der Lage und Orientierung der Teile
ist nicht immer gegeben
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Was ist die Herausforderung beim produktionsnahem Einsatz der optischen Messtechnik?
 Ungünstige Umgebungsbedingungen
(Vibrationen, Lärm, Staub)
 Kurze Taktzeiten
 Jeder muss die Messung durchführen können
 Automatisierung von Routinemessungen
erforderlich
 Einsatz der Bildverarbeitung
zusammen mit der Weißlicht
 Konstanz der Lage und Orientierung der Teile
ist nicht immer gegeben
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Bildverarbeitung bei Automatisierung von Messungen
 Bildverarbeitung
 Erkennt die zu vermessenden
Flächen
 Definiert die „Regions of Interest“
 Erkennt Position und Lage des
Bauteils
Bild für Bildverarbeitung
(keine Höheninformation)
Topographie des gesamten
Bauteils
Ebenheitsbestimmung:
•
Linie: 5,2 µm
•
Gesamten Fläche: 10,6 µm
 Könnte auch Geometrieparameter
bestimmen
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Beispiel: Höhendifferenzen, Parallelitäten
und Höhenwinkel der Flächen zueinander
 Die Flächen wurden mit
Hilfe der Bildverarbeitung
selektiert,
 Die Auswerteregionen
wurden z.B. anhand von
Kanten oder
Ankerpunkten festgelegt
 Dies führt zu einer hohen
Reproduzierbarkeit
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Beispiel: Parallele Messung an mehreren
kleinen Bauteilen
 Verkürzt die
Taktzeiten/Bauteil
 Allerdings müssen Position
und Orientierung mit Hilfe
der Bildverarbeitung für
jedes einzelne Bauteil
bestimmt werden
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Zusammenfassung
 Optische Messtechnik ist ideal für
Topographiemessungen von Form- und
Texturparametern
 Die Bildverarbeitung unterstützt die
Weißlicht Interferometrie unter
Berücksichtigung der speziellen
Anforderung von industriellen
Routinemessungen hinsichtlich
Reproduzierbarkeit, Automatisierung und
Bedienung
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Polytec GmbH
Just Point and Measure
Laser-Doppler-Vibrometer
Berührungslose, optische Schwingungsmessung
Qualität, Prozess und Kosten im Griff
Laser Surface Velocimeter
Längen- und Geschwindigkeitskontrolle im
Produktionsprozess
Optisch, schnell, flächenhaft
Oberflächenmesssysteme
Messung von Ebenheit, Parallelität und Profil
Produkte - Beratung - Service
Optische Technologien
Polytec GmbH:
•
Waldbronn bei Karlsruhe
•
ca. 400 Mitarbeiter
(65 in F&E)
• Weltweite
Niederlassungen
und Repräsentanten
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In der Strahlungsmesstechnik, Spektroskopie,
Telekommunikation, Lasertechnik, Sensorik und
Halbleiter-Messtechnik
Komponenten - Systeme - Lösungen
Bildverarbeitung
Für Industrie, Forschung und Entwicklung
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Fragen?
 Jetzt und hier:
 ….oder am Polytec Stand auf der CONTROL
(Halle 1, Stand 1812)
Wilfried Bauer
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