Modellbasierte Rauschvorhersage für Streifenprojektionssysteme – Ein Werkzeug zur statistischen Analyse von Auswertealgorithmen
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Marc Fischer
Dr.-Ing. Marc Fischer studierte Maschinenbau in München und Braunschweig. Er ist seit 2007 am Institut für Produktionsmesstechnik (IPROM) der Technischen Universität Braunschweig als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. Sein Arbeitsschwerpunkt liegt im Bereich optische Messtechnik, insbesondere deflektometrische Methoden zur Erfassung von Form und Brechkraft.
Technische Universität Braunschweig, Institut für Produktionsmesstechnik, Schleinitzstraße 20, 38106 Braunschweig, Tel: +49-531-3917023, Fax: +49-531-3915837
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Marcus Petz
Dr.-Ing. Marcus Petz ist seit 1999 am Institut für Produktionsmesstechnik der TU Braunschweig als wissenschaftlicher Mitarbeiter und seit 2005 in der Funktion eines Oberingenieurs tätig. Seine Arbeitsschwerpunkte liegen im Bereich optische Messtechnik, insbesondere photogrammetrische Methoden zur Erfassung von Form und Formänderung, sowie auf dem Gebiet der Multisensor-Koordinatenmesstechnik.
Technische Universität Braunschweig, Institut für Produktionsmesstechnik, Schleinitzstraße 20, 38106 Braunschweig, Tel: +49-531-3917024, Fax: +49-531-3915837
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Rainer Tutsch studierte Physik und promovierte 1994 an der RWTH Aachen im Fach Maschinenbau. Er war Oberingenieur der Abteilung Mess- und Qualitätstechnik des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie, Aachen. Nach einer Industrietätigkeit als Entwicklungsleiter ist er seit Dezember 2000 Professor und Leiter des Instituts für Produktionsmesstechnik an der TU Braunschweig.
Technische Universität Braunschweig, Institut für Produktionsmesstechnik, Schleinitzstraße 20, 38106 Braunschweig, Tel: +49-531-3917020, Fax: +49-531-3915837
Zusammenfassung
In flächenhaft messenden optischen 3D-Messystemen stellt das Rauschen der eingesetzten Kameras den dominierenden Unsicherheitsbeitrag dar, wenn optisch kooperative Oberflächen unter gut kontrollierten Umgebungsbedingungen gemessen werden. In der industriellen Praxis wird für diese Art von Messsystemen häufig auf Wiederholungsmessungen verzichtet. Dies führt im weiteren Verlauf des Messprozesses zu statistisch suboptimalen Ergebnissen, da die wichtige Aussage über die Qualität der einzelnen Messpunkte verloren geht. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie sich für Messsysteme mit strukturierter Beleuchtung eine solche Qualitätsaussage auf der Grundlage einer Rauschmodellierung gewinnen lässt. Mit Hilfe eines Streifenprojektionssystems wird beispielhaft die Leistungsfähigkeit des Ansatzes demonstriert und gezeigt, dass auf diese Weise für jeden Messpunkt neben der gesuchten geometrischen Information auch eine Schätzung für die aus dem Kamerarauschen resultierenden stochastischen Abweichungen bestimmt werden kann. Darüber hinaus eignet sich die dargestellte Methode sehr gut als Werkzeug zur statistischen Analyse von Auswertealgorithmen. Dies wird exemplarisch anhand zweier verschiedener Triangulationsverfahren demonstriert.
Abstract
For full-field optical 3D measurement systems, camera noise is the dominant uncertainty factor when optically cooperative surfaces are measured in a stable and controlled environment. In industrial applications repeated measurements are seldom executed for this kind of measurement systems. This leads to statistically suboptimal results in subsequent evaluation steps as the important information about the quality of individual measurement points is lost. In this work it will be shown that this information can be recovered for phase measuring optical systems with a model-based noise prediction. The capability of this approach will be demonstrated exemplarily for a fringe projection system and it will be shown that this method is indeed able to generate an individual estimate for the spatial stochastic deviations resulting from image sensor noise for each measurement point. This provides a valuable tool for a statistical characterization and comparison of different evaluation strategies, which is demonstrated exemplarily for two different triangulation procedures.
Über die Autoren
Dr.-Ing. Marc Fischer studierte Maschinenbau in München und Braunschweig. Er ist seit 2007 am Institut für Produktionsmesstechnik (IPROM) der Technischen Universität Braunschweig als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. Sein Arbeitsschwerpunkt liegt im Bereich optische Messtechnik, insbesondere deflektometrische Methoden zur Erfassung von Form und Brechkraft.
Technische Universität Braunschweig, Institut für Produktionsmesstechnik, Schleinitzstraße 20, 38106 Braunschweig, Tel: +49-531-3917023, Fax: +49-531-3915837
Dr.-Ing. Marcus Petz ist seit 1999 am Institut für Produktionsmesstechnik der TU Braunschweig als wissenschaftlicher Mitarbeiter und seit 2005 in der Funktion eines Oberingenieurs tätig. Seine Arbeitsschwerpunkte liegen im Bereich optische Messtechnik, insbesondere photogrammetrische Methoden zur Erfassung von Form und Formänderung, sowie auf dem Gebiet der Multisensor-Koordinatenmesstechnik.
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Rainer Tutsch studierte Physik und promovierte 1994 an der RWTH Aachen im Fach Maschinenbau. Er war Oberingenieur der Abteilung Mess- und Qualitätstechnik des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie, Aachen. Nach einer Industrietätigkeit als Entwicklungsleiter ist er seit Dezember 2000 Professor und Leiter des Instituts für Produktionsmesstechnik an der TU Braunschweig.
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Danksagung
Diese Arbeit basiert in Teilen auf einem vorherigen Forschungsprojekt (Pe1402/2-1), welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG gefördert wurde. Die Autoren bedanken sich für die Förderung.
©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston
Articles in the same Issue
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- Editorial
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- Beiträge
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- Prüftechnik und deren Einfluss bei der Kalibrierung von Messwandlern
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- Modellbasierte Rauschvorhersage für Streifenprojektionssysteme – Ein Werkzeug zur statistischen Analyse von Auswertealgorithmen
- Fringe projection profilometry using rigid and flexible endoscopes
- Calibration and uncertainty analysis for multicomponent force/torque measurements
- Diskussion der Messunsicherheitsbeiträge am Beispiel aktueller Druckmesstechnik
- Persönliches
- Klaus-Dieter Sommer – Pionier der Messunsicherheitsermittlung
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