3D-Streifenlichtprojektion

3D-Streifenlichtprojektion

Das Verfahren zur Erzeugung von 3D-Bilddaten beruht auf dem Prinzip der Triangulation (Lichtschnittverfahren). Parallele s/w-Linienpaare (strukturierte Beleuchtung) werden unter einem bekannten Winkel auf das Messobjekt projiziert. Eine oder mehrere Kameras, die in bekannten Winkeln zur Beleuchtung angeordnet sind, nehmen das durch die Oberflächenform deformierte Streifenmuster auf. Die zu untersuchenden Objekte dürfen nicht durchsichtig sein und nicht stark gerichtet reflektieren. Günstig ist eine lichtstreuende Oberfläche.

Verfahren zur Erzeugung von 3D-Bilddaten: Binäre Gittermusterfolge im Graycode (links) und …. (Bild: Vision & Control, Vision Academy)

… λ/4-verschobene Folge von Sinus-Phasengittermustern mit dem Phasenshiftverfahren (rechts). (Bild: Vision & Control, Vision Academy)

Die notwendigen veränderlichen Streifenmuster (binäre und sinusbasierte) werden von einem Projektor (DMD oder LCOS) erzeugt. Genutzt wird zunehmend blaues Licht, um Beugungs- und Fremdlichteinflüsse auf die Messung zu minimieren. Projektor und Kamera(s) sind meist in kompakten Geräten starr miteinander verbunden. Die Tiefendaten werden in einem kombinierten zweistufigen Verfahren gewonnen: Im ersten Schritt wird mit dem Verfahren des codierten Lichtansatz eine Folge immer feiner werdender binärer Streifen auf das Prüfobjekt projiziert und aufgenommen. Für eine eindeutige Codierung wird meist der Gray-Code verwendet. Damit lässt sich das Zuordnungsproblem des Fortlaufens der Lichtlinien bei unterbrochenen Strukturen lösen. Je aufgenommenem Bild wird eine binäre Bildstapelebene hinzugefügt. Am Ende trägt jedes Pixel nicht den Helligkeitswert, sondern die gestapelte Hell-Dunkel-Information, welche die feiner werdenden Linienmuster auf ihm hinterlassen. Das absolut messende Verfahren ist schnell, da binär und mit einfachen BV-Operatoren gearbeitet wird, jedoch mit schlechter lokaler Tiefenauflösung. Im zweiten Schritt wird die Tiefenauflösung lokal durch das Phasenshiftverfahren mit anschließendem Sub-Pixeling erhöht. Sinusförmige Streifenmuster werden vom Projektor viermal jeweils um je eine Viertelperiode verschoben dargestellt. Im nur engen Bereich einer Periode kann dafür sehr tiefengenau gemessen werden. Die Auswertung der Streifenmusterfolge erfolgt wie bei Interferogrammen. Das Verfahren ist genauer aber rechenaufwändiger als der codierte Lichtansatz. Danach findet die Fusion der Daten aus beiden Schritten statt. Während der Prüfung mit Streifenlichtverfahren darf keine Bewegung des Prüfobjektes stattfinden. Die laterale Größe der Messfelder reicht von 1/ 10.000 der Messfeldgröße. Messzeiten liegen im Sekundenbereich.

Thematik: Allgemein
Vision Academy GmbH
www.vision-academy.org

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