Universität Stuttgart
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Item Open Access Triangulationssensoren für Roboteranwendungen(1990) Seitz, Günther; Jahn, Gerald; Tiziani, Hans J.Viele Meß- und Prüfprobleme in Fertigung und Montage sind durch reine Grauwert-Bildverarbeitung nicht befriedigend zu lösen, weil hier nur ein informationsreduziertes zweidimensionales Abbild der real dreidimensionalen Szene als Informationsbasis zur Verfügung steht. Dreidimensionale Objektinformation bietet hingegen ein wesentlich höheres Informationspotential und ermöglicht neben völlig neuen Lösungsansätzen auch weniger aufwendige Lösungen von Standardproblemen. Zur dreidimensionalen Objekterfassung werden punkt- und flächenhaft arbeitende Verfahren eingesetzt. Punktverfahren gewinnen Abstandsbilder durch zeitsequentielle Meßpunkterfassung, wohingegen flächenhafte Verfahren auf zeitlich paralleler Erfassung von 3-D-Information beruhen. Die folgenden Ausführungen beschränken sich ausschließlich auf punktorientierte Verfahren.Item Open Access Schnelle 3-D-Kamera mit adaptierbaren, hochauflösenden Markierungscodes(1991) Malz, Reinhard; Tiziani, Hans J.Insbesondere für die optische Erkennung und Vermessung von Objekten mit wechselnden Form-, Farb- und Reflexionseigenschaften werden geeignete optische 3-D-Sensoren benötigt. Das hier vorgestellte System wurde unter dem Gesichtpunkt hoher Flexibilität entwickelt, mit einem frei programmierbaren Laser-Markierungsprojektor können beliebige Codes erzeugt werden, die eine schnelle Adaption an das Meßobjekt ermöglichen. Durch die Entwicklung effizienter Markierungen konnte die Länge der erforderlichen Bildsequenzen für eine gegebene Auflösung und Störsicherheit gegenüber herkömmlichen Verfahren wesentlich reduziert werden. Dies wird in Zukunft immer wichtiger, da bei der Verwendung schneller Bildverarbeitungshardware nicht mehr die Auswerte-, sondern die Aufnahmezeit der erforderlichen Videodaten zum bestimmenden Faktor wird, der die Verweildauer der Objekte bestimmt oder die Reaktionszeit der Roboter begrenzt. Mit dem derzeitigen System können Objekte im Submeterbereich mit SubmilIimeterauflösung vermessen werden. Durch die effiziente Codierung konnte die Aufnahmezeit für ein vollständiges 3-D-Koordinatenbild mit bis zu 512 x 512 absoluten Distanzmeßwerten auf ca. 240 bis 320 ms reduziert werden. Neben Standardkameras mit 25 Hz Bildfrequenz können auch hochauflösende oder schnelle Matrixkameras eingesetzt werden.Item Open Access High precision laser supported close range distance measurements(1992) Tiziani, Hans J.Optical methods become useful tools for dimensional measurements. Methods based on triangulation, time of flight, phase measurements and interferometry are used and will be further developed. Multiple wavelength interferometry allows the reduction of the sensitivity by a range extension leading to robust measuring systems. Superheterodyne interferometric techniques based on two wavelength heterodyne interferometry will also be discussed and experimental results will be shown.Item Open Access Heterodyne interferometry using two wavelengths for dimensional measurements(1992) Tiziani, Hans J.Heterodyn interferometry is a powerful tool for high precision distance and vibration analysis. Two wavelength heterodyne techniques become very interesting for absolute distance measurement. It was shown, that a synthetic wavelength can be generated by two shorter ones. This leads also to the techniques to measure optically rougher surfaces because the optical path difference is to be compared with the synthetic wavelength. Further work will be reported.Item Open Access Dual wavelength heterodyne interferometry for rough surface measurements(1990) Fischer, Edgar; Sodnik, Zoran; Ittner, Thomas; Tiziani, Hans J.For interferometric topography measurements of optically rough surfaces dual wavelength heterodyne Interferometry (DWHI) is a powerful tool. A DWHI system based on a two-wavelength HeNe laser and a matched grating technique is described. This set-up improves system stability and simple heterodyne frequency generation.Item Open Access Computer synchronized 3D-triangulation sensor for robot vision(1992) Wieland, Paul; Tiziani, Hans J.The development and design of a computer synchronized 3D-triangulation sensor is presented. By combining the high resolution of both an electrooptical position detector and a galvanometer-deflector, located in the observation beam, a nearly perfect synchronisation of illumination and observation beam for arbitrary contours could be achieved. High resolution for large measurement ranges was obtained.Item Open Access On the measurement of image disturbance in aerial photography(1992) Tiziani, Hans J.Image quality together with the correction of distortion is very important for airborne photographs used in photogrammetry. Progress in the optical design as well as in production technology and film resolution improved the storage capacity of information to 5 x 10 8 pixels in the image. Distortion can be corrected to be in the region of one micrometer eventhough it needs only to be known in order to be corrected using image processing. Flight conditions usually cause disturbance of image quality. The optical transfer function (OTF) and especially the modulation transfer function (MTF) are useful techniques for measuring the image quality of photographs. The MTF of the image forming system is the result of the contributions of the links in the image transfer forming chain, namely, the camera, the film, image motion (in systems without forward motion compensation, FMC), vibrations, and the atmosphere. For the analysis of the image forming systems, artificial or natural edges are imaged the edge gradient analysis (EGA) and varying spatial requency patterns are used for the grating pattern technique. The aim of this paper is to analyse the influence of image motion, vibration and the atmosphere on the image quality. Results are shown and discussed.Item Open Access Optische und optoelektronische Verfahren zur dimensionellen Vermessung(1992) Tiziani, Hans J.Berührungslose Meßverfahren im Maschinenbau werden zur Prozeßsteuerung und zur Qualitätssicherung werden immer wichtiger. So sollen topografische Parameter der Prüfobjekte wie Form- und Oberflächentreue, Welligkeit und Rauheit sowie Verformungseigenschaften berührungslos vermessen werden. Hierzu sind optische 3-D-Meßverfahren vermehrt gefordert. Auf der aktiven und passiven Trianqulation aufbauende Verfahren sind bereits industriell eingeführt. So basiert die Photogrammetrie, die schon länger eingesetzt wird, auf der passiven Triangulation. Andere Tiefenmeßverfahren, wie z. B. Ultraschall-Sensoren, werden zur Abstandsmessung verwendet. Es gilt zukünftig vermehrt, die aktive Triangulation mit der intelligenten Bildverarbeitung zu koppeln. Auf dem Gebiet der Robotik, in der automatischen Fertigung, aber auch in der Mikroelektronik werden 3-D-Meßtechniken immer wichtiger. Verschiedene optische Meßverfahren und Anwendungen werden diskutiert; häufig ist ein Kompromiß zwischen Auflösung und Meßbereich erforderlich. Die optischen Verfahren können sowohl einzeln als auch in Verbindung mit der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt werden. Die optische Vorverarbeitung kann die Informationsverarbeitung für die nachfolgende digitale Verarbeitung wesentlich vereinfachen.Item Open Access Dual-wavelength interferometer for surface profile(1990) Manhart, Sigmund; Maurer, R.; Tiziani, Hans J.; Sodnik, Zoran; Fischer, Edgar; Mariani, A.; Bonsignori, R.; Margheri, Giancarlo; Giunti, C.; Zatti, StefanoThe design and first experimental results of a dual-wavelength heterodyne interferometer (DWHI) for precise surface profile measurements are presented. The DWHI is based on a Mach-Zehnder type interferometer with the surface to be measured in the sensing arm of the interferometer. Two adjacent wavelengths are simultaneously used in the interferometer; the range information is gained from the beat frequency of both heterodyne interferometer signals. Thus, the extreme range ambiguity of classical interferometers and their sensitivity to mechanical distortions are reduced by the ratio of laser frequency to beat frequency. The DWHI is expected to have the good SIN performance a of coherent detection system but also the capability of measuring to diffusely scattering targets. The main features of the system presented here are: - use of a single diode laser in combination with a high frequency Bragg cell to generate two adjacent wavelengths - use of an all-fiber concept for the optomechanical build-upItem Open Access Doppelheterodyn-Interferometrie für hochgenaue Vermessung im Nahbereich(1992) Fischer, Edgar; Dalhoff, Ernst; Ittner, Thomas; Sodnik, Zoran; Tiziani, Hans J.In diesem Aufsatz wurde ein Meßsystem vorgestellt, welches sich aus der Kombination der Zweiwellenlängen-Interferometrie mit dem intensitätsunabhängigen Heterodyn-Verfahren zusammensetzt. Die resultierende Doppelheterodyn-Interferometrie vereinigt die Vorteile der beiden Verfahren. Ein großer Eindeutigkeitsbereich entsprechend der effektiven Wellenlänge A entsteht, darüberhinaus sind optisch rauhe Oberflächen als Meßobjekte zulässig; reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen und Umwelteinflüssen, hohe Auflösung infolge elektronischer Phasenbestimmung sowie hochgenaue Abstandsmessung in Echtzeit sind weitere Vorteile. Das Doppelheterodyn-Interferometer wird in Zukunft zu einem effektiven und dynamischen Meßinstrument zur hochgenauen Entfernungsmessung im Mikrometerbereich bis hin zu Meßdistanzen von 100 m entwickelt werden, für das sich schon jetzt zahlreiche Einsatzmöglichkeiten abzeichnen.