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3D-Scanner mit flexiblen Messfeldbereichen von 20 bis 200 mm: Ausgabe 17/2018, 24.10.2018

Kleinste Abweichungen flexibel im Blick

Die OTTO Vision Technology bietet optische 3D-Scanner zur berührungslosen Form- und Koordinaten- vermessung in der Qualitätskontrolle. Durch die Weiterentwicklung des Bildverarbeitungssystems und die Integration von zwei 12-Megapixel-Kameras von Baumer genügt nun ein Gerät für die Erfassung hochgenauer 3D-Daten zur Prüfung auf Mass, Form und Lage bei Messfeldern von 20 bis 200 mm.

Autor: Nicole Marofsky, Marketing Communication im Vision Competence Center bei Baumer

Bilder: OTTO Vision Technology/Baumer

Die berührungslose 3D-Vermesssung und Geometrieprüfung komplexer Objekte kann in allen Fertigungsphasen – von der Erstinbetriebnahme über die Optimierungs- und Bemusterungsphase bis hin zur Serienproduktion – eingesetzt werden, um Abweichungen schnell zu identifizieren, Fehlerquellen zu erkennen und Korrekturmassnahmen einzuleiten. Zum vollflächigen Soll–Ist-Vergleich gewinnt das FLEX-3A von OTTO Vision Technology 3D-Oberflächendaten in hoher Punktdichte. Vor allem in der Stanzindustrie vertrauen viele Hersteller auf das System der Bildverarbeitungsspezialisten aus Jena. «Aber auch andere Branchen sind im Wachstum begriffen. Vor allem sehen wir in der Kunststoffindustrie vielfältige neue Einsatzmöglichkeiten», erklärt Gunter Otto, Geschäftsführer von OTTO Vision.

Messbereiche von 20 bis 200 mm mit einem Gerät
Mit der Weiterentwicklung straffte OTTO Vision das Portfolio und kann nun Messfeldbereiche von 20 bis 200 mm mit nur einem Gerät realisieren. Besonders anspruchsvoll dabei: die Lösung des optischen Problems. Denn auch bei festen Messabständen sollten, wie auch bei den bisherigen Geräten, die verschiedenen Messfelder nur durch den Wechsel der Objektive erreicht werden.

Passmarken ade
FLEX-3A arbeitet als vollautomatisches Multi-View-System auf Basis der phasenmessenden Streifenprojektion mit Triangulation und Phasogrammetrie. Der 3D-Messkopf ist mit zwei 12-Megapixel-USB-3.0-Kameras und einem LED-Streifenprojektor mit einer Auflösung von 1440 × 1080 Pixel ausgestattet. Eine dritte Kamera stellt die Mehrbildregistrierung sicher. Die zu inspizierenden Teile können gemäss ihrer Komplexität aus mehreren Richtungen beleuchtet und aufgenommen werden. Ein kompletter 3D-Scan wird durch eine zusätzliche motorisierte Wendehalterung erreicht. Das Aufnahmeverfahren mit drei Kameras aus unterschiedlichen Blickwinkeln ist patentiert: «Wir verwenden zu den zwei Kameras am 3D-Messkopf zusätzlich noch eine objektfeste Referenzkamera zur Positionsbestimmung des Prüfobjekts. So können die Teilansichten hochgenau photogrammetrisch zu einem globalen 3D-Modell zusammengefügt werden – komplett ohne Kleben von Passmarken, was zusätzliche Zeit und Kosten spart», erklärt Otto. Mit der optionalen Erweiterung um eine motorisierte Wendehalterung lassen sich zudem auch Ober- und Unterseite vollautomatisch vermessen. Dank der flexiblen Gestaltung lässt sich das System so für die Erstbemusterung von Prototypen, für fertigungsbegleitende Stichprobenprüfungen wie auch für Wareneingangskontrollen gefertigter Teile variabel einsetzen.

Flexibler Soll-Ist-Vergleich
Die Aufnahme aller Bilddaten, deren Zusammensetzung zu einem Gesamtmodell, inklusive Berechnung und Auswertung, ist automatisiert und wird über eine leistungsfähige Software realisiert. Die digitalisierten Daten können dabei als Punktwolken oder als vernetzte STL-Fläche zum Koordinatensystem des Referenzmodells ausgerichtet werden. Der grafische Soll–Ist-Vergleich zwischen produzierten Teilen und dem entsprechenden CAD-Modell kann man so schnell und einfach durchführen, um Formabweichungen wie Verzug, Schrumpfung, Versatz oder auch Werkzeugverschleiss leicht zu lokalisieren.
Die intuitive Nutzeroberfläche erlaubt das direkte und schnelle Anlegen beliebig vieler Messpläne, die einfache Einstellung teilespezifischer Messparameter, das Festlegen von Automatisierungsabläufen und die leichte Anpassung und Optimierung des Streifencodes. Die Kalibrierung nach einem Messfeldwechsel ist sehr einfach möglich.

Präzise Erfassung diverser Messfelder
Die automatisierte berührungslose 3D-Prüfung auf Mass, Form und Lage mit variabler Messfeldgrösse erfolgt mit FLEX-3A einfach und schnell. Eine sehr hohe Punktdichte erlaubt einen sehr präzisen Vergleich – auch für Messaufgaben an kleinen Objekten, die taktil schwierig zu erfassen wären. Für einen Messfeldwechsel ist ein Tausch der Objektive mit anschliessender, vom System unterstützter Neukalibrierung mittels Kugelnormalen ausreichend. Diese im Lieferumfang vorhandenen Kugelhanteln können auch jederzeit zur Überwachung sowie anschliessenden Dokumentation der Messgenauigkeit eingesetzt werden.

Umstieg auf USB 3.0 Mit dem neuen 3D-Scanner setzt OTTO Vision das erste Mal USB-Kameras ein. «Wir setzen im Kamerabereich schon seit vielen Jahren erfolgreich auf Baumer. Aufgrund der guten Zusammenarbeit und Zuverlässigkeit war es für uns klar, dass wir auch für die Weiterentwicklung des FLEX-3A auf diese Kameras setzen», erläutert Otto. Mit der Kombination 12 Megapixel Auflösung bei 30 Bilder/s und kleinem Formfaktor von 29 × 29 mm passten die VCXU-124-Modelle der CX-Serie optimal zu den Anforderungen des Systemdesigns.
Der eingesetzte Sony-Pregius-CMOS-Sensor IMX304 liefert für die 3D-Aufnahmen zudem eine ausgezeichnete Bildqualität. Mit der USB 3.0 kompatiblen Schnittstelle profitiert OTTO Vision ausserdem von einer zuverlässigen Ein-Kabel-Lösung mit Plug & Play-Funktionalität und spart Zeit und Kosten bei der Integration. Dank der umlaufenden M3-Befestigung liessen sich die Kameras einfach und flexibel integrieren. Dank optimaler Synchronisation der Kameras und digitalem Projektor gelang es den Bildverarbeitungsspezialisten, die volle Geschwindigkeit der Kameras auszunutzen.

Wachstumsmarkt 3D-Inlineprüfungen
Die vollständige Automatisierung von 3DVermessungen erlaubt einen schnellen und prozessstabilen Einsatz unter Produktionsbedingungen und bietet gegenüber taktilen Messverfahren eine höhere Informationsdichte. Für OTTO Vision bietet dies daher sehr grosses Wachstumspotenzial. Der Fokus liegt künftig nicht nur auf Offline-Geräten, sondern auch auf der 3D-Inlineprüfung. «

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Zwei, als Stereokameras eingesetzte, 12-Megapixel-Kameras der CX-Serie von Baumer liefern die Aufnahmen zur Erzeugung der 3D-Bilder


Die erfolgreiche CX-Serie von Baumer besteht aus mehr als 90 Modellen