Hochgeschwindigkeits-3D-Formvermessung mit chromatischer Schärfentiefeerweiterung

Roland Ramm1, Mohsen Mozaffari-Afshar2, Daniel Höhne1, Thomas Hilbert2, Henri Speck1, Siemen Kühl2, Daniela Hoffmann2, Sebastian Erbes2, Peter Kühmstedt1, Stefan Heist1, Gunther Notni1,3
  1. 1Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF
  2. 2Docter Optics SE
  3. 3Technische Universität Ilmenau

roland [dot] ramm [at] iof [dot] fraunhofer [dot] de

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.

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@inproceedings{ramm2022a20,
  author     = {Ramm, Roland and Mozaffari-Afshar, Mohsen and Höhne, Daniel and Hilbert, Thomas and Speck, Henri and Kühl, Siemen and Hoffmann, Daniela and Erbes, Sebastian and Kühmstedt, Peter and Heist, Stefan and Notni, Gunther},
  title      = {{Hochgeschwindigkeits-3D-Formvermessung mit chromatischer Schärfentiefeerweiterung}},
  booktitle  = {DGaO-Proceedings 2022},
  series     = {DGaO-Proceedings},
  eventtitle = {123. Jahrestagung der DGaO},
  eventdate  = {2022-06-08/2022-06-11},
  venue      = {Pforzheim},
  publisher  = {Deutsche Gesellschaft für angewandte Optik e.V.},
  year       = {2022},
  pages      = {A20},
  langid     = {ngerman},
  url        = {https://dgao-proceedings.de/paper/123-a20}
}
123. Annual Conference of the DGaO · Pforzheim · 2022