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Polychromatische Rauheitsmessung
etwa von Karosserie-Blechen
Dominik Mader
Sven Simon, Thomas Risse
Messaufbau
aus: Surface roughness characterization based on polychromatic far-field speckles of either continuous or discrete spectral distribution
Entstehung des speckle-Bildes
• Flächenelemente der beleuchteten Oberfläche streuen Kugelwellen(alle Punkte tragen zu jedem Punkt der Beobachtungsebene bei.)
• Gangunterschied durch unterschiedliche Wegstrecken des Lichts
• konstruktive und destruktive Überlagerung
• Polychromatisch mehrere Effekte
rauheitsabhängige Dekorrelation der speckles
• Mit zunehmender Rauheit dekorrelieren die speckles, die durch verschiedene Wellenlängen erzeugt werden, d.h.
1) Die Intensitäten unterscheiden sich.
2) Der Ort der Maxima unterscheidet sich.
Elongation
• Das speckle-Bild besteht aus der Summe der Intensitäten.
• Die Elongation der speckles soll gemessen werden.
Elongation per AKF
• Nur zur Abschreckung
2
1 1 1
)(4
)(cos
))((cos4
1 1
)(4
)(cos
))((cos4
2122
2
22
222
2212
22
222
),(
j
N
m
N
n
kkxf
L
kknm
N
m
N
n
xkxkf
L
kknm
I
k k nmjex
nmeh
k k nmex
nmeh
eeSS
eeSSxx
Rauheit
• Rq ist der quadratische Mittenrauhwert
lx
lq dxxhx
R0
2 )(1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 41
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
Abstand zur optischen Achse (x1) [mm]
norm
iert
e S
peck
le-E
long
atio
n (E
)
Rq=0.1 um
Rq=0.25 um
Rq=0.5 um
Rq=0.75 um
Rq=1 um
Rq=1.25 um
Rq=1.5 um
theoretische Elongationλ1=488 nm λ2=514 nm
Auswertung
• Optische Achse nicht bekannt: Kalibrierung• Speckle-Erkennung und –Messung
– Hough-Transformation– Achsen maximaler und minimaler Trägheit
• Korrelation mit/ohne optische/r Achse• Rauigkeit bei festem Abstand zur opt. Achse
• optimiere Geschwindigkeit, Robustheit• FPGA Implementierung
Simulationsmodell
φγ
Optische Achse
φγ
Optische Achse
Simulationsergebnis
Messbild (N6) Simulation (Rq=1000nm)
Wellenlängen [nm]: 659, 675, 690 Wellenlängen [nm]: 659, 675, 690
PC
FPGA: ProgrammierbareLogik-Gatter + Mikroprozessor
Beschleunigung
Plattformkonzept für die Auswertung • Konkreter:Prozessorarchitekturen, konfigurierbare Hardware
Eigenschaften:• Echtzeitfähigkeit zur Überwachung von Produktionsprozessen
• Produktionsumfeldgerecht: Embedded System statt PC
Hardware-Konzept
FPGA
DFG-Projekt
Computational Science
Experiment(Messtechnik)
Theorie(Optik)
Modelle, Algorithmen,Simulation,Software/Hardware
Überlappungen, die Trennung der Tätig-keiten ist nicht sinnvoll
Theoretische Arbeiten,Modellierung + Algorith-men, Messtechnik
Bei Interesse an einer Kooperation bezüglich Hardware-Entwurf und/oder Bildverarbeitung:
