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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag January 23, 2017

Fringe projection profilometry using rigid and flexible endoscopes

Streifenprojektion mittels starrer und flexibler Endoskopie
Steffen Matthias ORCID logo, Jochen Schlobohm, Markus Kästner and Eduard Reithmeier
From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

Quality control is an important aspect of modern production processes. Obtaining quantitative information not only helps to ensure the function of machinery and products, but also enables cost reduction by feedback control of process parameters. A multitude of modern industrial applications feature an increasing amount of highly integrated machinery, resulting in a requirement for new measuring devices. Two new measuring systems are presented for in-situ inspection tasks in confined spaces. A combination of endoscopy techniques with structured illumination enables capturing areal 3-D geometry information of functional elements in integrated machinery. Depending on the requirements for inspection, either rigid or flexible image guides may be used to transport the structured light patterns. While a flexible endoscope allows for a more flexible positioning of the sensor head, its resolution is limited by the number of individual fiber cores. Alternatively, if constraints on the versatility of sensor positioning can be accepted, rigid endoscopes feature higher image quality. Both approaches are described in detail and compared based on evaluations on features of a calibrated micro contour standard.

Zusammenfassung

Durch die Gewährleistung der Funktion von Produkten und Maschinen ist die Qualitätskontrolle ein zentrales Element moderner Produktionsketten. Die Erfassung von Qualitätskenngrößen in hochintegrierten Maschinen stellt neue Herausforderungen an die Messtechnik. Dieser Beitrag stellt zwei neu entwickelte Messsysteme vor, welche für Mess- und Prüfaufgaben an schwer zugänglichen Geometrien geeignet sind. Das erste Messsystem verwendet flexible Glasfaserbündel für den Transport der Bildinformation für Projektor und Detektor und ermöglicht so eine flexible Positionierung des Messkopfes. Das zweite Messsystem verwendet ein starres Boroskop auf Basis eines Linsensystems in Kombination mit einer Mikrokamera. Der Aufbau beider Systeme wird im Detail vorgestellt und die jeweiligen Kalibrieransätze beschrieben. Des weiteren wird ein Vergleich anhand von Wiederholmessungen an zwei Konturnormalen mit definierten Geometrieelementen durchgeführt. Die Standardabweichung der Punktedaten zu den eingepassten Referenzkörpern liegt für das auf flexiblen Bildleitern basierende System unterhalb von 5 μm sowie unterhalb von 28 μm für das starrendoskopische System. Während sich das erste Messsystem insbesondere für filigrane Verzahnungsgeometrien eignet, bietet sich die Verwendung des starrendoskopischen Systems für die Erfassung großflächiger Elemente aufgrund des größeren Messvolumens an.

Acknowledgement

The authors would like to thank the German Research Foundation (DFG) for funding the projects within the collaborative research centers SFB/TR 73 and SFB 871.

Received: 2016-11-11
Revised: 2016-12-8
Accepted: 2016-12-11
Published Online: 2017-1-23
Published in Print: 2017-2-28

©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston