Schaumstrukturanalyse mit digitalen Bildverarbeitungsmethoden

Peters, Rainer; Michaeli, Walter

doi:25376

Schaumstrukturanalyse mit digitalen Bildverarbeitungsmethoden

Peters, Rainer

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Rainer Peters

ImpressumAachen : IKV 2003

UmfangIV, 155 S. : Ill., graph. Darst.

ReiheIKV-Berichte aus der Kunststoffverarbeitung ; 139

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Michaeli, Walter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-06-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-6523
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59048/files/Peter_Rainer.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; Bildverarbeitung (frei) ; konfokale Aufnahmetechnik (frei) ; Stereobildaufnahme (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die physikalischen Eigenschaften von Kunststoffschäumen hängen stark von den eingesetzten Materialien und der inneren Zellstruktur des Schaums ab. Für viele technische Schaumprodukte ist der Aufbau der Schaumstruktur ein wichtiges Merkmal zur Erfüllung der an das Produkt gestellten Anforderungen. Um Aussagen über die Qualität technischer "Schäume" zu treffen, ist eine zuverlässige Analyse der Struktur notwendig. Merkmale die dafür bestimmt werden, sind die Zelldichte, die Zellgrößen und der Flächenanteil der Zellen an der gesamten Oberfläche eines Schaumschnittes. Für die Analyse wurde in dieser Arbeit ein System zur optischen Zellanalyse (OZELLA) entwickelt. Aus einem mit der Flutlichtmethode aufgenommenen, digitalen Bild werden nach geeigneter Vorverarbeitung durch Filterung und einer anschließenden Kantensegmentierung die Zellumrisse innerhalb eines Schaumschnittes bestimmt. Als Analyseergebnis der Schaumauswertung mit OZELLA wird unter anderem eine Statistik über die gefundene Zellgrößenverteilung bestimmt. Alle gefundenen Merkmale können in Statistiken dargestellt werden. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten System ist erstmalig eine objektive Analyse von unterschiedlichen geschlossenzelligen Schaumstrukturen möglich. Mit Verwendung der Stereobildmethode konnte gezeigt werden, dass von zwei Aufnahmen eines Schaums aus unterschiedlichen Richtungen eine 3D-Höhenkarte der Oberflächenstruktur erzeugt werden kann. Aus dieser Höhenkarte wird die ursprüngliche Schaumstruktur rekonstruiert. In dieser Arbeit wurde ein System entwickelt und aufgebaut, mit dem sowohl Aufnahmen in kanonischer Anordnung, als auch mit nicht parallelen Achsen der Kameras erstellt werden können. Mit der konfokalen Aufnahmetechnik ist eine gute Abbildung der 3D-Oberflächenstruktur von Schäumen möglich. Aus Fokusserien, aufgenommen mit unterschiedlichen Abständen zwischen der Schaumstruktur und der Kamera, werden die Höheninformationen der Schaumstruktur herausgefiltert. Für die Schärfe-bestimmung in den Fokusserien wurden in dieser Arbeit neue Filteralgorithmen entwickelt. Mit der anschließenden 3D-Darstellung der Höhenkarten erhält der Benutzer einen sehr guten Eindruck der 3D-Strukturen der Schäume. Der erste Schritt der Rekonstruktion von Schaumstrukturen aus den Höhenkarten erfolgt mit einer in dieser Arbeit entwickelten Tiefensegmentierung der Höhenkarte

The physical properties of polymer foams are essentially defined by the used materials and the inner cell structure of the foam. The foam structure itself is an important attribut of the product requirements for many technical foams. To control the quality of foams a reliable analysis method is essential. Characteristics which are determined are the cell density, the cell size and the area rate of the surface from the cells of a foam cut. For this analysis a system for optical cell analysis (OZELLA) was developed in this paper. As a result of OZELLA the user gets among other things the cell size distribution of the foam. All detected characteristics can be displayed in statistic diagramms. So a specific research of different process parameters for the foam production is possible. It has been shown, that the varitions of the test conditions of the production of foams can be seen in the structures analysis. With the system developed in this paper objective analysis of different closed cell foams is possible for the first time. It has been shown, that the stereo imaging method generates a 3D contour map of the foam surface from two images of the foam structure, which are recorded from different directions. The 3D map allows the reconstruction of the foam structure. Different methods of stereo image processing were tested. In this paper a system for canonical and non parallel axes of the cameras for stereo imaging has been designed and built. The confocal image analysis generates a good reconstruction of the 3D-surface structures of foams. From the focus series, taken with different distances between the camera and the foam structure, the depth informations of the structure are filtered. In this paper new filter algorithms for the detection of the local sharpness were developed. The contour level map represented in 3d-diagrams gives the user a good impression of the 3D-structure of the foam. The first step of the reconstruction from foam structures with the contour level map is followed by the depth segmentation developed in this paper.

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