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Bild: blackred, iStock; Allied Vision
Kameratechnik

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Genaue Oberflächeninspektion

Text: Jean-Philippe Roman, Allied Vision
Tragbare 3D-Scanner ermöglichen ein schnelleres und einfacheres Absuchen von Oberflächen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Zur akkuraten und schnellen Messung werden nun Digitalkameras eingesetzt.

3D-Scanning wird immer häufiger zur Qualitätsprüfung in der Industrie eingesetzt. Mit dieser Technik werden Bauteile genau vermessen und Fehler in deren Geometrie automatisch entdeckt. Die dreidimensionale Erfassung erfolgt meist über eine oder mehrere Kameras in Kombination mit einer Laser- oder Lichtprojektion. Die Systeme sind meist in Kabinen oder an Robotern und Maschinen fest installiert. Oft ist es aufwändig, sie zu programmieren und zu kalibrieren, oder sie liefern Daten, die erst nach umfangreicher Nachbearbeitung brauchbare Informationen liefern. 8tree ist ein junges Unternehmen, das seit 2012 kompakte und tragbare Scan-Systeme für die Oberflächeninspektion entwickelt. Die Produktpalette besteht aus drei Modellen: Dentcheck, Fastcheck und Gapcheck.

  • Mit dentCHECK lassen sich Beulen oder Dellen an jeder beliebigen Produktoberfläche erfassen – zum Beispiel auf einer Fahrzeugkarosserie. Das System erkennt und misst Unebenheiten präzise und schnell.

  • fastCHECK wurde speziell für die Prüfung von sogenannten Fastenern in der Luftfahrtindustrie entwickelt. Dort muss zum Beispiel jede einzelne Niete am Rumpf geprüft werden. Das System prüft in einem Vorgang alle Befestigungen im erfassten Bereich auf ihre Bündigkeit. Es erkennt nicht nur fehlerhafte Nieten, sondern auch die Art des Fehlers: zu tief, zu hoch, schräg eingesetzt.

  • gapCHECK wiederum misst die Spaltmaße zwischen zwei Bauteilen – etwa im Fahrzeugbau. Der Scanner prüft nicht nur die Gleichmäßigkeit des Spalts, sondern auch die Bündigkeit der beiden Oberflächen. Hierzu werden bis zu 30 Kontrollpunkte pro Vorgang gemessen.

Projektion für Messraster

Der Scanner ist ein kleiner Koffer, der auf einem Stativ montiert werden kann. Durch seine kompakte Abmessung und das geringe Gewicht von unter 3,5 kg lässt sich das Gerät einfach transportieren, bedienen und aufstellen. Alle Komponenten sind in diesem Gehäuse integriert: Projektor, Kamera, Computer, Batterie. Das System ist völlig autonom und braucht keinen Anschluss etwa zu einem PC oder einem Display. Dank des eingebauten Akkus funktioniert es sogar ohne Stromversorgung.

Das Geheimnis seiner Flexibilität beruht auf einer einfachen Idee: Der eingebaute Projektor wird nicht nur zum Projizieren des strukturierten Lichtmusters verwendet, sondern auch zur Darstellung der Messergebnisse direkt auf der geprüften Oberfläche. Das Messverfahren gleicht dem eines üblichen 3D-Scanners mit strukturiertem Licht: innerhalb von 0,1 Sekunden wird eine Abfolge von Streifenrastern auf das Prüfobjekt projiziert. Die Projektion wird von einer Digitalkamera erfasst, deren Bilder von einer Bildverarbeitungs-Software analysiert werden. Die Verformungen des Rasters auf dem Objekt liefern präzise Informa­tionen zur Oberflächenbeschaffenheit: Unebenheiten, Dellen und Beulen können mit einer Genauigkeit von 50 µm erkannt und vermessen werden.

Befindet sich eine Unebenheit auf der Oberfläche – etwa eine Beule –, wird sie farblich markiert. So kann der Anwender sofort erkennen, ob es Fehler gibt, wo sie sich befinden, und um was für Fehler es sich handelt. Anhand eines Farbcodes zeigt das System nämlich, ob die Delle in einem Blechteil nach innen oder nach außen eingedrückt ist. Schließlich werden genaue Messwerte wie Durchmesser und Tiefe der Beule als Textinformation angezeigt. Dadurch ist die Bedienung der 8tree-Scanner einfach und intuitiv. Zur weiteren Bearbeitung können die detaillierten Messergebnisse in verschiedene Datenformate exportiert werden. Auch die Bedienung des Systems ist benutzerfreundlich. Der Scanner wird ähnlich einem Fernseher oder Projektor mit einer kleinen Fernbedienung über wenige Knöpfe und projizierte Menüs gesteuert. Die Bildverarbeitungssoftware ist für die jeweiligen Produkte unterschiedlich und auf deren Aufgaben abgestimmt. dentCHECK, fastCHECK und gapCHECK sind Eigenentwicklungenvon 8tree basierend auf der OpenCV-Bibliothek. Wie bei der Hardware ist die gesamte Software zur Messung und Bedienung des Systems in dem Gerät vorinstalliert, sodass es absolut Plug&Play-fähig ist.

Kameratechnik

Bei der Entwicklung seiner 3D-Scanner wandte sich 8tree an Allied Vision, um eine Kameralösung zu finden. In Zusammenarbeit mit dem Kamera-­Hersteller wurde die Manta G-031B ausgesucht, eine Monochromkamera mit VGA-Auflösung und 125 fps Bildrate. Diese Kamera ist mit einem hochempfindlichen CCD-Sensor von Sony und einem Giga­bit-Ethernet-Interface ausgestattet. Mit ihrer hohen Bildrate erfasst sie die vom menschlichen Auge kaum sichtbare Abfolge von Messrastern. Darüber hinaus analysiert 8tree weitere potentielle Anwen­dungsgebiete seiner ­Scannertechnik.

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