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3D-Bildverarbeitung für die Produktion

Neue Höhenflüge durch Time-of-Flight

6. Juli 2020, 20:28 Uhr | Peter Stiefenhöfer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Zahllose Anwendungsbeispiele für die ToF-Technologie

Viele der inzwischen realisierten ToF-Applikationen haben sich in der Industrie bewährt, unter anderem bei der flexiblen Automatisierung von Greifvorgängen durch Roboter, bei Kollisionsschutzsystemen für Roboter oder fahrerlose Transportsysteme, bei Vollständigkeitskontrollen in der Verpackungstechnik, bei der Erfassung von Füllständen oder bei der Volumenbestimmung in der Lager- und Fördertechnik.

Auch in zahlreichen nicht-industriellen Anwendungen haben ToF-Kameras ihre Leistungsfähigkeit bereits unter Beweis gestellt, beispielsweise in der Landwirtschaft zur Traubenvollernte, bei vollautomatischen Melkrobotern oder zur Ladeflächenoptimierung von Mähdreschern. Mit 3D-Kameras ausgestattete Reinigungsroboter werden schon bald bei der Deutschen Bahn für saubere Bahnsteige sorgen. Inventurroboter inspizieren im Supermarkt Regale und melden ihren menschlichen Kollegen, welche Produkte nachgefüllt werden müssen. Vor Hotelaufzügen prüfen ToF-Sensoren, ob und wie viele Personen warten, und bilden mit ihren Ergebnissen die Grundlage für die Berechnung der optimalen Stopp-Strategie über alle Aufzüge hinweg. Security-Roboter melden das Eindringen fremder Personen in Gewerbebauten oder privaten Haushalten je nach Einstellung an den Eigentümer oder direkt an die Polizei.

»Die Liste der erfolgreichen Beispiele und der Ideen für die Zukunft ließe sich endlos erweitern«, betont Mike Gonschior. »Ich bin mir sicher, dass wir in den kommenden Jahren einen regelrechten Boom für den Einsatz von ToF-Systemen erleben werden.«

Grenzen der ToF-Technologie

Eine Wunderwaffe ohne technische Grenzen ist jedoch auch ToF nicht, denn die Technologie eignet sich nicht für jedes Objekt und jede Anwendung. Im Prinzip ist ToF farbunabhängig und kann für Messobjekte fast jeglicher Art, Form und Farbe zum Einsatz kommen. Schwierigkeiten können jedoch Reflexionseigenschaften der betrachteten Objektoberflächen bereiten: Je schlechter ein Objekt das einfallende Licht reflektiert, desto ungenauer wird die Messung. Bei stärker reflektierenden Objekten funktioniert die Technologie dadurch besser als bei schwach reflektierenden, weil diese das auftreffende Licht meist weitgehend absorbieren oder in andere Richtungen ableiten.

Auch für hochgenaue Abstandsmessungen ist ToF nicht die richtige Wahl: ToF-Kameras lassen sich für den Entfernungsbereich von etwa 30 cm bis rund 40 m einsetzen. Die Distanzauflösung beträgt dabei etwa 1 cm, die lateralen Auflösungen decken eine Spanne von wenigen 100 bis zu 100.000 Pixeln ab. »Diese Randbedingungen muss man bei der Technologieauswahl für eine spezifische Anwendung im Hinterkopf haben«, betont Sebastian Vögele aus dem Customer-Solutions-Team von ifm. »Jede Technologie hat ihre Vor- und Nachteile. Für bestimmte Aufgaben ist ToF eine hervorragende Option, gerade wenn es um eine Kombination aus Geschwindigkeit und Genauigkeit und um ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis geht. Daher wird die Technologie bereits weltweit in vielen Anwendungen erfolgreich eingesetzt.«