3D-Koordinatenmesstechnik mit strukturiertem Licht Musterprojektion

Musterprojektion

Basierend auf strukturiertem Licht, erzeugen die ShapeDrive 3D-Sensoren Punktewolken sowohl von sehr kleinen Objekten (z.B. IC-Komponenten) als auch großen Objekten (z.B. Palettenkäfigen).


In den vergangenen Jahren wurden bereits zahlreiche Projekte mit den ShapeDrive 3D-Sensoren erfolgreich umgesetzt, u.a. für Audi, BMW, General Electric oder Samsung.
Bild: wenglor sensoric GmbH

Die Sensoren nutzen für die 3D-Bildverarbeitung das strukturierte Lichtverfahren, das heißt Objekte werden flächig in einem fixen Setup erfasst, ähnlich eines Fotoapparats. Um daraus ein 3D-Bild entstehen zu lassen, werden mit einem Projektor Lichtmuster in schneller Folge auf das Messobjekt projiziert. Dies geschieht typischerweise mithilfe von 28 Mustern in 300ms. Eine Kamera, die in das Gehäuse integriert ist, zeichnet die Lichtmuster nacheinander in einem Winkel auf. Zusammen mit den Kalibrierdaten kann aus dem Bildstapel eine Punktewolke von der Oberfläche erstellt werden. „Hinter diesem Messverfahren steckt das Triangulationsprinzip“, erläutert der Leiter der Wenglor Business Unit ShapeDive, Dr.-Ing. Matthias Rottenkolber. „Wenn der Abstand der Kamera und des Projektors sowie die optischen Eigenschaften bekannt sind, kann man die Tiefe eines Punkts im Raum bestimmen. Sofern man weiß, welche Punkte des Projektors zu denen der Kamera gehören (Korrespondenzprinzip).“ Damit ist klar, warum mehrere Muster projiziert werden müssen: Sie dienen der Kodierung bzw. Nummerierung der einzelnen Punkte auf dem Objekt. Jeder Punkt kann wegen der Nummerierung eindeutig der Strahlrichtung zugeordnet werden, aus der er kam. Damit ist eine Korrespondenz zwischen dem Quellpunkt des Projektors und dem Zielpunkt, der Lage des Punkts auf dem Kamerachip, gegeben. Am Ende des Prozesses erhält man eine Punktwolke zur Weiterleitung oder Analyse. Es gibt auch passive Stereoverfahren, in denen nur zwei Kameras zum Einsatz kommen. Aus den zwei Bildern werden identische Punkte identifiziert und somit Korrespondenzen hergestellt (Stereomatching). In der Praxis ist dies jedoch oft schwierig, z.B. bei texturfreien Oberflächen. In den vergangenen Jahren wurden bereits zahlreiche Projekte erfolgreich umgesetzt, z.B. für Audi, BMW, General Electric oder Samsung. Weitere Einsatzgebiete sind Automatisierungsaufgaben wie Bin Picking über Anwesenheitskontrollen oder hochkomplexe Messaufgaben bei Soll/Ist-Vergleichen von Karosserieteilen mit mehreren Sensoren. Die Vorzüge gegenüber Laserscannern liegen neben der höheren Genauigkeit vor allem darin, dass die Abtastung flächig erfolgt, das heißt keine Bewegung des Objekts erforderlich ist. Die Sensoren haben eine 10GigE-Schnittstelle und verfügen über ein IP67-Gehäuse, sowie qualitativ hochwertige Anschlusstechnik.

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