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3D-Bildverarbeitung aus dem Baukasten

4. Juli 2012, 17:32 Uhr | Andreas Knoll

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Die 3D-Sensoren im Einzelnen

Die Sensor-Familie für die 3D-Roboterführung umfasst vier Mitglieder: »Mono3D«, »Stereo3D«, »Shapematch3D« und »Shapescan3D«. Die Geräte sind auf die 3D-Messung von Positionen und Ausrichtungen zugeschnitten, aber unterschiedlich spezialisiert. »Mono3D« ermöglicht die 3D-Messung von Position und Orientierung mit nur einem Sensor. Der Sensor bestimmt alle sechs Freiheitsgrade für ein dreidimensionales Objekt über nur drei Merkmale. Der Stereosensor »Stereo3D« nutzt für das räumliche Sehen zwei Sensoren und bestimmt damit die 3D-Koordinaten des Objekts oder definierter Bildteile. »Shapematch3D« nutzt die Mehrfachlinienprojektion und wird - kombiniert mit 3D-Form-Matching - vorzugsweise für die bahngestützte Roboterführung eingesetzt. Die hohe Redundanz der Messlinien führt zu robusten und genauen Ergebnissen. »Shapescan3D« gestattet dem Roboter das Bin Picking, also den »Griff in die Kiste«. Dreidimensional lassen sich mit bewegter Laserlinie die Positionen ungeordneter, zufällig verteilter Objekte in unterschiedlichen Tiefenlagen großer Behälter bestimmen. Der Roboter kann beispielsweise unsortierte Teile direkt aus dem Transportbehälter entnehmen und ohne aufwändige mechanische Konstruktionen dem Fertigungsprozess zuführen.

»Mono3D«, »Stereo3D« und »Shapematch3D« lassen sich mittels des Kommunikationsmoduls »CONactor« zu Mehrsensorsystemen verbinden, die dann als »CONact Mono3D«, »CONact Stereo3D« und »CONact Shapematch3D« bezeichnet werden. Der »CONactor« dient als Bindeglied zwischen den Sensoren und der Software. Er übernimmt die Stromversorgung für die angeschlossenen Sensoren und Beleuchtungen und ist für das Handling der von den Sensoren erfassten Daten zuständig. Digitale I/Os sind integriert. Vom »CONactor« zum PC ist nur ein Kabel erforderlich, und im PC ist keine spezielle Hardware vonnöten. »CONact Mono3D« als Kombination aus mehreren »Mono3D«-Sensoren erlaubt die 3D-Koordinatenbestimmung großer Objekte mit hoher Messgenauigkeit. »CONact Stereo3D« ist eine zusammen kalibrierte Kombination von »Stereo3D«-Sensoren für große Objekte, und »CONact Shapematch3D« ist ein Verbund aus Mehrliniensensoren.

Die Sensorfamilie für die 3D-Inline-Vermessung umfasst drei Mitglieder: GGS3D, SGS3D und GFS3D. Der stationäre Geometry-Gauging-Sensor GGS3D vermisst Komponenten oder Werkstücke dreidimensional und bestimmt ihre Positionen in Raumkoordinaten während des Fertigungsprozesses. Beliebig viele Exemplare lassen sich mit dem »CONactor« zu Multisensorsystemen mit der Bezeichnung »CONactGGS3D« zusammenfassen. Der besonders kompakte Smart-Gauging-Sensor SGS3D ist dagegen für den Einsatz am Roboterarm konzipiert. Der Gap-and-Flush-Sensor GFS3D als Doppel-Multilinien-Sensor ist für die temperaturkompensierte Inline-Prüfung von Produktgeometrien ausgelegt. Er liefert wiederholgenaue Messungen von Fugen, Bündigkeit, Flächen, Radien, Winkeln, Überständen und mehr auf lackierten, unlackierten, gekrümmten und anderen Oberflächen.

Zur Sensorfamilie für die 3D-Profil- bzw. Formvermessung gehören ebenfalls drei Mitglieder: »3DDentscan«, »3DFormscan« und »3DShapescan«. Die Geräte übernehmen die exakte 3D-Vermessung über Form, Tiefe oder Punktewolke, und zwar bei unterschiedlichen Oberflächen, die matt, glänzend oder auch reflektierend sein können. Der Oberflächentopologie-Sensor »3DDentscan« ist für nicht reflektierende Oberflächen ausgelegt und bietet eine optimierte Tiefengenauigkeit. Er erfasst kleine Dellen und Beulen während des Produktionsvorgangs inline in kurzer Taktzeit. Der Sensor »3DFormscan« für reflektierende Oberflächen bewerkstelligt die vollautomatische 3D-Form- und -Profilerfassung mittels einer Serie von 3D-Messungen aus verschiedenen Richtungen. Die Messung erfolgt über die Auswertung einer codierten Objektbeleuchtung, wobei die Anzahl der Messpunkte nur durch die Auflösung begrenzt ist. Der Sensor »3DShapescan« übernimmt die 3D-Formerfassung nicht reflektierender Objekte. Er sorgt für vollautomatische 3D-Objektdigitalisierung durch Abtastung mit einer beweglichen Laserlinie. Mit der Auswertemethode des 3D-Shape-Sampling werden zunächst geometrische Primitive in der Punktewolke bestimmt. Aus ihnen setzt die Software dann komplexere Objekte zusammen. Unterschiedlich geformte Objektteile lassen sich so sicher identifizieren.