Das Messsystem im Einsatz. In der Fertigungsstraße wird die komplette Oberfläche auf Defekte geprüft.  (Quelle: BMW)

Die Erkennung von Oberflächenstrukturen und Defekten spielt bei der Prozess- und Qualitätskontrolle eine wichtige Rolle. Die Projektion eines Streifensystems auf eine glänzende Oberfläche macht Formabweichungen und Fehler im reflektierten Licht sichtbar. Die Analyse der Spiegelbilder erlaubt die sichere Erkennung von Formabweichungen und Defekten auf der Oberfläche bis in den Nanometerbereich.

Fehler in der Oberfläche von glänzenden Objekten werden vom Auge wahrgenommen und setzen die Qualität des Produktes herab. Häufig gestaltet sich die Bewertung der Fehler als schwierig, weil sie teils manuell vorgenommen wird und schwer automatisierbar ist. Die Deflektometrie ist ein automatisches optisches Verfahren zur industriellen Fehlerauswertung von glänzenden Oberflächen, mit dem zuverlässig und schnell qualitative und quantitative Rückschlüsse auf die Form, die Oberflächenstruktur und die Defekte möglich sind.

Das Messprinzip besteht darin, dass ein System von geraden Streifen mit einer sinusförmigen Kontrastverteilung generiert wird, das auf das zu prüfende Objekt projiziert wird. Das Streifensystem wird z.B. auf einem Schirm mit weißen Leuchtdioden erzeugt. Auf dem Objekt vorhandene Krümmungen der Oberfläche deformieren die lineare Ausrichtung der Streifen und ergeben ein mehr oder weniger verformtes Bild. Die reflektierten Streifen werden mit einer Kamera aufgenommen. Als Messdaten werden die Winkel der Oberflächennormalen zur lokalen Krümmung der reflektierten Streifen ausgewertet. Diese werden in einem Rechner mit einer speziellen Software verarbeitet.

Bei der Analyse der Bilddaten werden unterschiedliche Fehler sicher erkannt und eindeutig unterschieden. Während eine Delle eine geringe Änderung der Oberflächenkrümmung über einen vergleichsweise großen Bereich verursacht, ist die Krümmungsänderung bei einem Einschluss über einen kleinen Bereich sehr groß. Daher sind die eingesetzten Algorithmen zur automatischen Fehlerbewertung und Klassifizierung sehr komplex.

Je nach dem, wie stark ein Objekt reflektiert, sind auch unterschiedliche Schwarz-Weiß-Kontraste nötig. Mit dem Einsatz von Objektiven mit größerer Brennweite in Verbindung mit angepassten Streifenmustern ist es möglich, Auflösungen bis in den Bereich von zehntel Mikrometer bis Nanometer zu erreichen. In Abhängigkeit von der Displaygröße und der Auflösung der Kamera kann in einem Messvorgang nur eine begrenzte Fläche des Objekts untersucht werden. Deshalb kann bei größeren Objekten eine komplette Oberflächenprüfung notwendig sein.

Ein Beispiel für Objekte in der Größenordnung von  Automobilkarossen ist das System RC-Robotic der Firma Micro-Epsilon (Bild). Hier befindet sich der optische Teil des Messsystems als Sensor an einem Roboter. Ein Messvorgang deckt etwa eine Fläche von 80 x 60 cm2 ab. Der Roboter bewegt das Messsystem an verschiedenen Positionen um das zu inspizierende Objekt herum. Die vollständige Prüfung einer Automobilkarosse wird auf einer industriellen Fertigungsstrasse in Taktzeit mit vier RC-Robotic innerhalb von 60 Sekunden durchgeführt. Im Anschluss daran werden die entdeckten Defekte durch Markierroboter am Objekt angezeichnet.

Die Deflektometrie ist generell geeignet zur Vermessung aller spiegelnden Oberflächen, z.B. in der Automobilindustrie, der Flugzeugindustrie, der Lackindustrie sowie auch für Solarzellen und Flüssigkeiten. Mehrere Forschungsinstitute wie das Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS), das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik sowie die Hochschule Ravensburg-Weingarten arbeiten auf diesem Gebiet. Das BIAS hat für seine Software "Zebra" zur Streifenauswertung den "Innovationspreis Lasertechnik 2007" bekommen. Diese recht preisgünstige berührungslose optische Messtechnik wird auch auf Anwendung für runde und zylindrische Objekte untersucht.