Einfach genial
Schnelle Kameras für neuartige 3D-Scanner
Der tragbare 3D-Scanner der Firma 8Tree ermöglicht Oberflächeninspektionen in der Automobil-/Luftfahrtindustrie und zeigt dabei die Ergebnisse der Prüfung direkt auf dem Prüfling an. Zur akkuraten und schnellen Messung trägt eine Manta Digitalkamera von Allied Vision bei.
Die meisten 3D-Scanning Systeme sind in Kabinen oder an Robotern und Maschinen fest installiert. Zudem müssen sie meist aufwändig programmiert und kalibriert werden bzw. liefern Daten, die erst nach einer umfangreichen Nachbearbeitung brauchbare Informationen für den Nutzer liefern. 8tree ist ein junges Unternehmen, das sich seit 2012 auf die Entwicklung von kompakten, tragbaren Scanner-Systemen für die Oberflächeninspektion spezialisiert hat. Diese sind für bestimmte Prüfaufgaben spezifiziert und zeichnen sich durch ihre einfache Bedienung aus. Die Produktpalette besteht derzeit aus drei Modellen: dentCheck, fastCheck und gapCheck: Mit dentCheck lassen sich Beulen oder Dellen an jeder beliebigen Produktoberfläche erfassen, z.B. auf einer Fahrzeugkarosserie; fastCheck wurde speziell für die Prüfung von sog. ‚Fastenern‘ in der Luftfahrtindustrie entwickelt. Dort muss z.B. jede einzelne Niete am Rumpf einzeln inspiziert werden. Das System prüft alle Befestigungen im erfassten Bereich auf ihre Bündigkeit und erkennt nicht nur fehlerhafte Nieten, sondern auch die Art des Fehlers (zu tief, zu hoch, schräg eingesetzt, etc.); gapCheck misst die Spaltmaße zwischen zwei Bauteilen. Der Scanner prüft nicht nur die Gleichmäßigkeit des Spalts, sondern auch die Bündigkeit der beiden Oberflächen, indem bis zu 30 Kontrollpunkten pro Vorgang vermessen werden.
Ergebnisse direkt auf der Oberfläche angezeigt
Der Scanner präsentiert sich als kleiner Koffer in der Größe eines Projektors, der auf einem Stativ montiert wird. Dank seiner kompakten Abmessungen und des geringen Gewichts (<3,5kg) lässt sich das Gerät einfach transportieren und bedienen. Alle Komponente, wie Projektor, Kamera, Computer, usw., sind in dem Gehäuse integriert. Das System ist völlig autonom und bedarf keinen Anschluss zu einem Computer oder Display. Dank des eingebauten Akkus kann es sogar ohne externe Stromversorgung verwendet werden. Das Geheimnis dieser Flexibilität ist eine einfache und zugleich geniale 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 0,1sec wird eine Abfolge von Streifenrastern auf das Prüfobjekt projiziert. Die Projektion wird von einer Digitalkamera erfasst, deren Bilder von einer Bildverarbeitungssoftware analysiert werden. Die Verformungen des Rasters auf der Oberfläche liefern präzise Informationen zu deren Beschaffenheit: Unebenheiten, Dellen und Beulen können mit einer Genauigkeit von 50µm erkannt und vermessen werden. Binnen Sekunden liegen die Messergebnisse vor. Sie werden direkt auf das Objekt projiziert: Befindet sich eine Unebenheit - etwa eine Beule - auf der Oberfläche, wird sie farblich markiert. So kann der Anwender sofort erkennen, ob es Fehler gibt, wo diese sich befinden, und um was für ein Fehler es sich handelt. Anhand eines Farbcodes zeigt das System, ob z.B. 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. Zur weiteren Bearbeitung können die Messergebnisse in verschiedenen Datenformate exportiert werden. Der Scanner wird ähnlich eines Fernsehers oder Projektors anhand einer kleinen Fernbedienung mit wenigen Knöpfen und projizierten Menüs gesteuert. Bei der Bildverarbeitungssoftware handelt es sich um eine eigene Entwicklung, basierend auf OpenCV.
GigE-Kamera mit 125fps
Bei der Entwicklung seiner 3D-Scanner wendete sich 8tree an Allied Vision, um die optimale Kameralösung zu finden. Eine besondere Stärke des Systems ist die Messung nahezu in Echtzeit: Binnen zwei Sekunden wird das Objekt gescannt, die Bilder analysiert und die Ergebnisse dargestellt. „Dazu brauchten wir eine leistungsstarke Digitalkamera, die nicht nur eine hohe Bildqualität liefert, sondern auch mindestens 100fps erfassen kann“, erinnert sich Erik Klaas, Mitgründer und Entwicklungsleiter von 8tree. In Zusammenarbeit mit Allied Vision suchte Klaas die Manta G-031B aus, eine Monochrom-GigE-Kamera mit VGA-Auflösung und 125fps Bildrate. Diese ist mit einem hochempfindlichen CCD-Sensor von Sony ausgestattet. Mit ihrer hohen Bildrate erfasst sie mühelos die vom menschlichen Auge kaum sichtbare Abfolge von Messrastern, die das System auf das Prüfobjekt projiziert. „Wir haben eine sehr enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit Allied Vision. Diese ist aber mit der Fertigstellung und Markteinführung der ersten drei Scanner-Modelle nicht beendet: Wir entwickeln unser System kontinuierlich weiter und testen neue Sensoren und Kameramodelle von Allied Vision. So wollen wir z.B. in Zukunft mit höherer Auflösung die Präzision erhöhen bzw. größere Flächen pro Vorgang erfassen und mit höheren Bildraten die Messzeit noch reduzieren“, so Klaas weiter. Darüber hinaus analysiert 8tree weitere potentielle Anwendungsgebiete für seine Scanner-Technologie. So könnten in Zukunft neue Modelle für andere Aufgaben bzw. andere Branchen entstehen. Die Markteinführung des neuartigen Scanners war sehr erfolgreich. So konnten bereits mehre Systeme an Airbus in Deutschland und Großbritannien verkaufen werden, um die korrekte Position der Befestigungen an Flugzeugtragflächen zu kontrollieren.
