Bluetechnix ToF-Tiefensensor liefert 3D-Punktwolken in Rekordzeit

Der ToF-Tiefensensor »Argos 3D - P100« von Bluetechnix
Der ToF-Tiefensensor »Argos 3D - P100« von Bluetechnix

Erst im Jahr 2004 gegründet, hat sich das Wiener Unternehmen Bluetechnix mit 3D-Industriekameras nach dem Time-of-Flight-Verfahren (ToF) einen Namen gemacht. Die sogenannten ToF-Tiefensensoren - Bluetechnix bietet jetzt den mit der höchsten Framerate - eignen sich unter anderem für die Robot Vision.

Tiefensensoren auf Basis der ToF-Technik liefern zwei Datentypen pro Pixel: einen Intensitätswert (Graustufe) und einen Distanzwert zum Sensor (Tiefenwert). Ein ToF-Tiefensensor besteht aus vier Hauptkomponenten: dem eigentlichen Tiefensensor (ToF-Sensor-IC), dem Objektiv, einer aktiven Beleuchtung (Infrarot oder Laser) und einer zentralen Recheneinheit (CPU). »Bei dem ToF-Verfahren handelt es sich um eine Lichtlaufzeitmessung«, erläutert Thomas Maier, bei Bluetechnix für Sales und FAE zuständig. »Die aktive Beleuchtungseinheit emittiert moduliertes IR-Licht im Nahinfrarotbereich. Das Licht wird von den getroffenen Objekten zum Sensor zurückreflektiert und über das Objektiv (Linse) auf den Tiefensensor projiziert. Durch die Phasenverschiebung vom ausgesandten zum reflektierten Licht kann die CPU die Distanz zwischen dem Tiefensensor und dem betrachteten Objekt berechnen, und zwar für jeden Bildpunkt unabhängig.« Eine 3D-Punktwolke einschließlich Intensitätswerte pro Pixel sei das Resultat eines Messzyklus.

An mobilen oder stationären Robotern montiert, erkennen ToF-Tiefensensoren die Lage und Position von Bauteilen und vermessen deren Eigenschaften, indem sie 3D-Profile erstellen. Außer der Robot Vision eignen sie sich beispielsweise für berührungsloses Bedienen mittels Gestensteuerung. ToF-Tiefensensoren funktionieren mit allen diffus reflektierenden Materialien und haben keine Schwierigkeiten mit wiederholenden Mustern. Sie erfassen die betrachtete Umgebung für jeden Bildpunkt gleichzeitig, was hohe Bilderfassungsraten ermöglicht: Immerhin erreicht der ToF-Tiefensensor »Argos 3D - P100« von Bluetechnix eine maximale Framerate von 160 Frames/s und ist damit »der schnellste am Markt«, wie Thomas Maier hervorhebt. Das 27 x 75 x 57 mm große Gerät wiegt 140 g und beruht auf dem ToF-Sensor-IC »PMD PhotonICs 19k-S3«, dem laut Hersteller PMDtechnologies ersten uneingeschränkt kommerziell verfügbaren 3D-Chip. Der ToF-Sensor-IC erreicht eine Auflösung von 160 x 120 Bildpunkten bei einer Pixel-Größe von 45 x 45 µm. Weil der ToF-Tiefensensor Tiefen- und Amplitudendaten für jeden Bildpunkt simultan liefert, ergibt dies 19.200 unabhängige Messpunkte pro Messung. Die erfasste 3D-Punktwolke wird über USB 2.0 ausgegeben.

Mit einer Reichweite von 0,1 bis 3 m und einem Field of View (FoV) von 90° bietet sich der ToF-Tiefensensor für Evaluierungen und für die Integration in bestehende Systeme an. Ab einer Stückzahl von 100 Exemplaren ist er auch ohne Zubehör bestellbar. Seine Elektronik ist auch ohne Gehäuse erhältlich.

Vor kurzem hat Bluetechnix dem »Argos 3D - P100« den ToF-Tiefensensor »Argos 3D - P310« an die Seite gestellt. Er hat eine größere Reichweite - in geschlossenen Räumen von 0,1 bis 10 m, im Freien von 0,1 bis 3 m bei einem FoV von 90° - und ist durch Schutzart IP44 auf schwierigere Umgebungsbedingungen vorbereitet. Der 200 x 200 x 62 mm große ToF-Tiefensensor fußt ebenfalls auf dem ToF-Sensor-IC »PMD PhotonICs 19k-S3«, erreicht aber »nur« eine maximale Framerate von 40 Frames/s. Auch er liefert Tiefen- und Amplitudendaten für jeden Bildpunkt simultan. Die Daten werden über 10/100-MBit/s-Ethernet oder serielle Busse ausgegeben. Die potenzialfreien Kontakte des Geräts lassen sich für die Triggerung durch externe Systeme nutzen. Auch der »Argos 3D - P310« ist ab einer Bestellmenge von 100 Stück ohne Zubehör erhältlich.

Als Systemintegrator für die ToF-Tiefensensoren von Bluetechnix agiert die Firma Vision-Consult Bildverarbeitung in Paderborn: »Wir schreiben die gesamte Software selbst«, betont Geschäftsführer Nicolai Götze. Unter anderem erstellt Vision-Consult Sonderentwicklungen zu Robot Vision und Gestenerkennung.