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3D-Formvermessung mittels phasenschiebender Zweiwellenlängen-Speckleinterferometrie

 
: Maack, T.; Kowarschik, R.; Notni, G.; Schreiber, W.

Ficker, E.:
Experimentelle Beanspruchungsanalyse. Neue Entwicklungen und Anwendungen. Manuskripte der Vorträge und Präsentationen zum GESA-Symposium am 10. und 11. Oktober 1996
Düsseldorf: VDI/VDE-GMA, 1996 (GMA-Bericht 29)
pp.53-54
VDI/VDE-Gesellschaft Meß- und Automatisierungstechnik, Gemeinschaft Experimentelle Strukturanalyse (Symposium) <1996, Schliersee>
German
Conference Paper
Fraunhofer IOF ()
phase shifting; Phasenschiebung; two-wavelength interferometry; Zweiwellenlängen-Interferometrie

Abstract
Die Messung mit einem herkömmlichen phasenschiebenden Zweiwellenlängen-Speckleinterferometer liefert von der zu untersuchenden Form lediglich eine einzelne Koordinate (Höhen- bzw. z-Koordinate). Zur Erfassung auch der lateralen (x- bzw. y-) Koordinaten läßt sich zusätzlich eine Vorrichtung zur Verschiebung des Quellpunktes der kohärenten Objektbeleuchtung in die Meßvorrichtung integrieren. Nachdem an jedem Punkt des durch das CCD-Array vorgegebenen Grundrasters die Phasenmeßwerte vorliegen, werden diese zum vollständigen 3D-Koordinatensatz verrechnet. Ein Vorteil liegt in der einheitlichen Maßstabsverkörperung aller drei Koordinaten. Außerdem entfällt die Notwendigkeit, die Kamera zu kalibrieren. Die quantitative Messung macht es erforderlich auch die Fehlereinflüsse quantitativ beschreiben zu können. Während die Phaseneigenschaften eines Specklefeldes zur Dekorrelation führen, geben die Intensitätseigenschaften während der Meßwertaufnahme mit einer realen Apparatur unter Umständen Anl aß zu erheblichen Fehlern: Die Intensitäten unterliegen im Phasenschiebeprozeß teilweise einer geringen Auflösung durch den AD-Wandler und ggf. zusätzlich einer Begrenzung bei Erreichen der Sättigung des Photodetektors. Diese Fehler werden jedoch durch die räumliche Integration der Speckle durch die CCD-Pixel beeinflußt. Die Parameter dieses Effektes sind wiederum der Aperturdurchmesser der abbildenden Optik und die Verhältnisse von Sättigungs-Referenz- und mittlerer Speckleintensität. Durch die exponentielle Verteilung der Intensitäten in einem Specklefeld entstehen nach Überlagerung mit dem Referenzfeld im Specklegramm entsprechende Verteilungen der Intensitätswerte und -modulationen, die schließlich Anlaß zu den beschriebenen Meßfehlern geben. Durch die integrierende Wirkung der Pixel des CCD-Arrays verändert sich die Verteilung der Intensitäten im Specklegramm und wird mit Hinsicht auf die Fehler günstiger. Hierdurch vermindert sich aber gleichzeitig die Intensitätsmodulation (und damit die Qualität der Auflösung). Da der Grad der räumlichen Integration durch die im Specklefeld vorkommenden Raumfrequenzen bestimmt wird - und mithin durch die Größe der Apertur der abbildenden Optik, ist die Blendenzahl eine wichtige Größe. Die genannten Intensitäten sind weitere Parameter, die Einfluß auf den Fehler haben. Eine theoretische Untersuchung ergibt für das optimale Raum-Bandbreite-Produkt des aus Linse und Pixel bestehenden Systems den Wert 0,31, für das Verhältnis aus Sättigungs- und mittlerer Speckleintensität den Wert 11 und für das Strahlverhältnis aus Referenz- und mittlerer Speckleintensität den Wert 4. Bei Einhaltung dieser Parameter erreicht man eine kamerabedingte Standardabweichung der Phase von 10,6 mrad. Die Werte wurden durch Rechnersimulation des kompletten Meßprozesses bestätigt.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/PX-2756.html