3D Vision Lösungen

Mehr Dimensionen, mehr Möglichkeiten

3D Vision Systeme bieten neue Möglichkeiten in der Automatisierungstechnik: Prüflinge können exakt im 3D Raum auf ihre Position, Lage und Maßhaltigkeit geprüft werden. Diese Informationen ermöglichen eine Flut an neuen Bildverarbeitungswegen zur Lösung ihrer Aufgabenstellungen.

Es gibt verschiedene Technologien zur Erzeugung von 3D-Daten:

Für jeweiligen Technologien gibt es wiederum eine Vielzahl von Senoren, die sich wiederum in der Funktionsweise unterscheiden, im Bereich der Lasertriangulation Beispielsweise Punkt- Linien und Flächensensoren.  

Elektronik/Pinprüfung
Formen/Plastik
Glänzende Glasoberflächen
Kontaktstellen
Schweißnähte
Verpackungen
Spaltmaße
Füllstände

Jede 3D Technologie Vor- und Nachteile, die für eine Aufgabenstellung berücksichtigt werden müssen. Wir erstellen ein passendes Gesamtkonzept für Ihr Projekt - z.B. auch eine Kombination mit 2D-Kamera und Robotik.

Anwendungsfelder für 3D Vision

Häufige Anwendungsfelder, in denen wir bereits tätig sind:

  • 3D Kontrolle von Schweißnähten
  • Pick and Place Anwendung für eine Sortieranlage
  • Optische Kontrolle von Klebespuren
  • Qualitätskontrolle von Spritzgussteilen
  • Maßhaltigkeitskontrolle und Teilemarkierung

Folgende Prüfkriterien eignen sich weiterhin gut für 3D-Systeme:

Anhand von ermittelten Punkten, Kanten oder Ebenen können Längen vermessen werden. So können Formen, Abstände oder Vorhandenseins-Prüfungen analysiert werden. 

Da die z-Koordinate zur Verfügung steht, ist eine Höhenvermessung zwischen verschiedenen Punkten, Linien, Ebenen und Bauteilen möglich.

Oft befinden sich in Werkstücken Löcher zu unterschiedlichsten Zwecken. Die Wichtigkeit von Maßhaltigkeit und korrekter Positionierung nimmt stetig zu. Der Vorteil der Lochanalyse im 3D-Raum ist, dass der Lochausschnitt in drei Dimensionen gesucht werden kann, dagegen im 2D Raum Öffnungen als oval erscheinen. So kann schnell und effizient unabhängig von der Neigung des Prüflings die Position und Maßhaltigkeit geprüft werden. Dabei kann auf dem Prüfling in einem bestimmten Suchfenster und Radium mit Toleranzen gesucht werden.

In verschiedensten Fällen werden Bauteile gebogen. Eine elegante Überprüfung ist mit einem 3D-System möglich. Der Winkel kann z.B. über die Unterschiede der Neigungen von zwei Ebenen ermittelt werden.

In den 3D-Daten können gezielt Informationen ausgewählt werden. Entnimmt man ein Linienprofil eines Prüflings erhält man einen Querschnitt anhand, dessen wiederum Maßhaltigkeitsprüfungen durchgeführt werden können.

Ist der Untergrund klar definiert, können aus den 3D-Daten Volumenberechnungen durchgeführt werden. In solchen Anwendungsfällen empfiehlt es sich mehrere Kameras zu verwenden, um die Seiten der Bauteile besser zu erfassen.

Aufgrund der hohen Genauigkeiten der 3D-Systeme können Oberflächen genau inspiziert werden. Dabei werden anhand von Schwellenwerten, Abweichungen von der gewünschten Oberfläche überprüft. 

Über die Kantensuche oder die Verwendung von Linien im 3D Modell, können Abstände zweier Gegenstände gemessen werden.

Zur Analyse von Kleberaupen bieten 3D-Systeme sehr gute Lösungsansätze. Mit speziell hierfür entwickelter Software kann der gewünschte Verlauf und Größe der Kleberaupe überprüft werden.

Durch die 3. Dimension in der Höhe können die Pinprüfungen unabhängiger von ihrere Refelektionsneigung analysiert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit eingedrückte Pins zu detektieren. 

Höhen
Löcher
Winkel
Pinprüfung
Kleberaupen
Vermessungen

Lasertriangulation

Bei der Lasertriangulation wird eine Linie auf einer Oberfläche erzeugt. Im Winkel zwischen 10 – 30° wird eine Foto aufgenommen. Erhebungen des Objektes schlagen sich in einer Krümmung der vorher projizierten Linie aus. Aus diesen Informationen können anschließend 3D-Punktewolken erstellt werden.

Streifenlichtprojektion

Mit der Streifenlichtprojektion ergeben sich neue Möglichkeiten zur Erstellung hochpräziser 3D-Daten für ruhende Objekte. Im Gegensatz zur Lasertriangulation werden hier keine Bewegungen des Prüflings oder Encoder benötigt. Die Projektion der Abfolge von kontrastreichen Streifenmustern erfolgt meist mit blauen strukturierten LEDs auf dem Objekt und wird von zwei Seiten mit Stereokameras erfasst. Das Stereo-Kameraprinzip maximiert die Stabilität und Wiederholbarkeit der Messergebnisse. Im Nachgang der Bildaufnahme wird mit abgestimmten Hard- und Software Algorithmen aus den Stereo-Bildern 3D-Punktewolken erzeugt.

Stereoskopie

Bei der Stereoskopie werden zwei normale zweidimensionale Bilder ohne Tiefeneindruck aufgenommen. Die beiden Bilder unterscheiden sich jedoch im Blickwinkel. Ähnlich wie beim Menschen (binokulares Sehen) ermöglichen uns die zwei Kameras einen Eindruck davon zu bekommen, wie weit ein Gegenstand entfernt ist. Diese Informationen können dann zusätzlich zum Bild als Tiefe hinzugefügt werden. Natürlich sind solche Systeme nicht so präzise wie die hochauflösenden Sensoren, welche mit Lasertriangulation oder Streifenlichtprojektion arbeiten. Dafür bieten sie eine preiswerte Möglichkeit zur groben Positionierung von Gegenständen.

Time of Flight

Time of Flight Kameras (TOF) ermitteln 3D-Daten mit einer Radar ähnlichen Technik. Diese Systeme bestehen aus einer Infrarotlichtquelle und einer Kamera. Dabei sendet die integrierte Beleuchtung Infrarotimpulse aus und der Sensor misst die Zeit, die für die Rückreflektion dieses Lichtes benötigt wird. Durch die verschiedenen Laufzeiten kann ein 3D-Modell generiert werden. Aufgrund der geringeren Auflösung und Wiederholgenauigkeit, werden diese Verfahren für die 3D-Objekterkennung sowie dem Palettieren mit Robotern eingesetzt.

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Daniel Simon
Technische Beratung / Vertrieb

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