Projected Pattern Correlation (PROPAC) / Reflected Pattern Correlation (REPAC)

Optische Methoden zur Bestimmung von Deformationen, Defekten und Vibrationen an Oberflächen

PROPAC

Prinzipielle Anordnung der Projected Pattern Correlation (PROPAC) Technik
Die Projected Pattern Correlation (PROPAC) Technik ist ein berührungsloses 3D Messverfahren, das Deformationen von diffus streuenden Oberflächen räumlich vermessen kann. Die erzielbare Messgenauigkeit kann dabei weniger als ein Mikrometer betragen. Mit PROPAC ist es möglich, die Oberfläche von Objekten absolut in Raumkoordinaten als Differenz zu einer definierten Referenzoberfläche zu bestimmen. 

Das Messprinzip lässt sich einfach an der nebenstehenden Skizze erklären: Ein ortsfester Projektionsapparat projiziert unter einem kleinen Winkel ein eindeutig korrelierbares Muster auf die zu vermessende Oberfläche, das von einer ebenfalls ortsfesten Kamera aufgenommen wird. Der Vergleich dieser Aufnahme mit der Aufnahme des in der Referenzposition aufgezeichneten Musters mittels lokaler Kreuzkorrelation ergibt eine Verschiebung des projizierten Musters auf der Oberfläche. Bei bekannter Orientierung des Projektionsapparates und der Kamera lässt sich aus der Verschiebung des Musters auf der Oberfläche die Deformation der Oberfläche in Normalenrichtung bestimmen. Dabei kann auf die für die Particle Image Velocimetry (PIV) Messtechnik seit Jahren hoch entwickelten und robusten Kreuzkorrelationsalgorithmen zurückgegriffen werden. Ein stochastisch verteiltes Punktemuster, das hinsichtlich der Dichte und des Punktedurchmessers der jeweiligen Messaufgabe optimal angepasst ist, hat sich als sehr geeignet erwiesen. Aufgrund der Messanordnung ist sowohl für das Projektionssystem als auch für das Aufnahmesystem die Scheimpflug­-Bedingung zu erfüllen.

Durch die Nutzung von leistungsstarken Lichtquellen können Belichtungszeiten von wenigen Mikrosekunden für die Bildaufnahme realisiert werden, was eine Echtzeiterfassung von Oberflächen, z.B. während des Fließbetriebs, erlaubt. Gegenüber herkömmlichen flächenhaften Messverfahren ergibt sich somit ein deutlicher Geschwindigkeitsvorteil, da für die PROPAC-Technik nur ein einzelnes Messbild benötigt wird.

 

REPAC

Prinzipielle Anordnung der Reflected Pattern Correlation (REPAC) Technik
Eine Erweiterung dieses Messprinzips auf gerichtet streuende Oberflächen ist durch die Reflected Pattern Correlation (REPAC) Technik gegeben. In diesem Fall von spiegelnden, also gerichtet reflektierenden Oberflächen nimmt die ortsfeste Kamera über die zu vermessende Oberfläche indirekt das Bild eines ebenfalls ortsfesten Schirms mit dem aufgedruckten Muster auf. Dies ist in der nebenstehenden Skizze dargestellt.

Da die bei der REPAC Technik beobachtete Musterverschiebung sowohl durch eine Höhenänderung als auch durch eine Neigungsänderung der Oberfläche hervorgerufen werden kann, muss die Oberfläche von zwei Kameras aus unterschiedlichen Richtungen beobachtet werden. Durch die Anwendung eines geeigneten Rekonstruktionsalgorithmus erhält man somit für jeden Messpunkt neben der Höhe auch die Neigungsinformation. Dies kann insbesondere dann von großem Vorteil sein, wenn das Messziel Krümmungsinformationen sind (z.B. bei Gleitsicht-Brillengläsern), da aufgrund der direkt gemessenen Neigungen nur ein einmaliges Ableiten notwendig ist.

 

Anwendungen

 


Kontakt
Tania Kirmse
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Experimentelle Verfahren
Tel: +49 551 709-2252

Fax: +49 551 709-2830

E-Mail: Tania.Kirmse@dlr.de
Dr.-Ing. Robert Konrath
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Experimentelle Verfahren
Tel: +49 551 709-2329

Fax: +49 551 709-2830

E-Mail: Robert.Konrath@dlr.de
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