8 spannende Sensorsysteme der Fraunhofer-Institute

Anbieter zum Thema

ET System electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

7. 3-D-Messung von spiegelnden und diffusen Objekten

Der konfokale chromatische Triangulationssensor (CCT-Sensor engl.) wurde entwickelt, um eine drei dimensionale Oberflächentopographie zu vermessen. Ähnlich wie bei einer Zeilenkamera wird das Messobjekt gescannt und die Höheninformation auf direkte Weise gemessen. Bestandteil des Sensorkonzepts ist eine Zeilenkamera mit mehreren Farbkanälen, wodurch eine Zeilenfrequenz von bis zu 140 kHz möglich ist, bei gleichzeitig mehreren tausend Messpunkten pro Zeile. Der CCT-Sensor wurde für den direkten Einsatz in der Produktion konzipiert und zeichnet sich durch eine große Flexibilität aus. Die Oberfläche des Messobjekts kann ein perfekter Spiegel sein, aber auch eine voll diffuse, texturierte oder farbige Oberfläche besitzen. Die einzelnen Messpunkte liegen direkt nebeneinander und decken je nach Optikdesign einige μm ab.

Das Konzept des CCT-Sensors vereint zwei etablierte Messprinzipien, das konfokale Messprinzip und die Triangulation. Die grundlegende Idee ist, die Oberfl äche so einzufärben, dass von einer Farbe direkt auf eine Höhe geschlossen werden kann. Die Farben werden durch eine spektrale Aufspaltung des Lichtes erzeugt, wobei jede Wellenlänge auf eine eigene Höhe fokussiert wird (Triangulationsprinzip).

Monochromatisches Licht hat den Vorteil, dass die spektrale Zusammensetzung des Lichts nicht durch farbige Oberflächen verändert werden kann und somit ist das Sensorprinzip dagegen unempfindlich. Die Optik ist spiegelsymmetrisch berechnet und garantiert, dass nur Licht welches aktuell fokussiert ist auch den Kamerasensor erreichen kann. Dies wird erreicht durch die Umsetzung des Konfokalprinzips, indem Beleuchtungsoptik und abbildende Optik den gleichen Fokuspunkt besitzen.

Somit ist jede Höhe durch eine eindeutige Wellenlänge kodiert und für eine Höhenmessung muss die Wellenlänge bestimmt werden. Um höchste Geschwindigkeiten zu erreichen wird dazu auf eine mehrkanalige Zeilenkamera zurückgegriffen. Ähnlich wie bei einer RGB-Kamera erzeugt jede Wellenlänge einen bestimmten Farbeindruck. Durch den Einsatz von optimierten optischen Filtern kann die Wellenlänge sehr genau gemessen werden.

Der komplette Aufbau setzt sich zusammen aus: Einer breitbandigen Lichtquelle, einer Beleuchtungsoptik die jede Wellenlänge in einer unterschiedlichen Höhe fokussiert, einer abbildenden Optik mit den gleichen Fokuspunkten der Beleuchtungsoptik und einer mehrkanaligen Zeilenkamera, wobei jeder Farbkanal einen optimierten optischen Filter besitzt.

Eine Messung besteht aus 4096 Messpunkten in einer Zeile. Jeder Messpunkt hat mehrere Farbkanäle und über den Farbeindruck kann auf eine kalibrierte Höhe zurückgeschlossen werden.

(ID:33926210)