Hochgeschwindigkeits-3D-Formvermessung mit chromatischer Schärfentiefeerweiterung

Der erfassbare Tiefenbereich von 3D-Sensoren, die auf dem Prinzip der Musterprojektion basieren, wird durch die Schärfentiefe der eingesetzten Objektive beschränkt. Focus Stacking ist eine Möglichkeit die Schärfentiefe zu erweitern. Die Fokusvariation erschwert jedoch den Einsatz in Anwendungen wie der Inline-Prozesskontrolle, die eine hohe Messgeschwindigkeit erfordern. Wir stellen mit dem chromatischen Focus Stacking eine Variante vor, die einen sehr schnellen Fokuswechsel erlaubt. Die axiale chromatische Verzeichnung eines Objektivs ist derart angepasst, dass die Schärfentiefebereiche ausgewählter Wellenlängen aneinander anschließen. Wir evaluieren diesen Ansatz mithilfe eines Streifenprojektionssensors, der aus einer Kamera mit einem angepassten Objektiv und einem DLP-Projektor mit schaltbaren RGB-Lichtquellen besteht. Zur Charakterisierung der (erweiterten) Schärfentiefe werten wir die abstandsabhängige 3D-MTF an einer Kante aus. In unserem Aufbau erreichen wir eine Schärfentiefeerweiterung um 50% (von 14 auf 21 mm) mittels chromatischem Focus Stacking bei zwei Wellenlängen (455 und 520 nm). Unser Sensor erfasst 3D-Punktwolken mit erweiterter Schärfentiefe innerhalb von 44 ms.