Auf Basis eigener trilinearer CCD-Zeilenkameratechnolgie hat Chromasens ein neuartiges Verfahren für die farbige 3D-Oberflächenvermessung konzipiert.

Das in weiten Bereichen variierbare System fußt auf der stereoskopischen Erfassung und unterstützt die Erfassung nahezu beliebiger räumlicher Objekte. Durch Fusion hochwertiger Zeilenkamerasysteme und modernster Grafikprozessor-Technologie können mittels eines Bildkorrelationsverfahrens Höheninformationen in höchster Genauigkeit in Echtzeit ermittelt und dargestellt werden.

Zur Erfassung der Oberflächenform und zum Erkennen von Oberflächen-fehlern existierte bereits in der Vergangenheit ein breites Spektrum an Anwendungen, das von einer Vielzahl unterschiedlicher Verfahren abgedeckt wurde. Wichtige Systemparameter, insbesondere bei Anwendungen im industriellen Fertigungsprozess, sind allerdings die Geschwindigkeit und das Auflösungsvermögen der 3D-Vermessung in Bezug auf die Größe der zu erfassenden Oberfläche. Den etablierten Messverfahren, die üblicherweise auf der Nutzung von Matrixkameras basieren, waren diesbezüglich bislang enge Grenzen gesetzt.

In enger Kooperation mit der Magdeburger Otto-von-Guericke-Universität, ist es unseren Ingenieuren gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, das auf dem Einsatz von leistungsstarken, trilinearen Zeilensensoren basiert und die Geschwindigkeit und das Auflösungsvermögen der optischen 3D-Vermessung signifikant erhöht", erläutert Chromasens Geschäftsführer Markus Schnitzlein.

Bewegung öffnet neue Perspektiven

Probleme, wie der Lichtabfall zum Rand, die Mehrfachmessungen bei großen Messflächen sowie die geringe seitliche (laterale) Auflösung treten bei der Nutzung von Zeilensensoren nicht auf. Zeilensensoren, Optik und lichtstarke Beleuchtungsmodule, die ebenfalls von Chromasens entwickelt und für diesen Zweck modifiziert wurden, sind beim 3D-Messsystem von Chromasens in einer Ebene (planar) angeordnet.

Im Unterschied zur statischen Bilderfassung mit Matrixkameras entsteht ein Zeilenkamerabild erst durch die Bewegung des Zeilensensors während der Bildaufnahme. Der Bewegungsprozess, der als "Scannen" bezeichnet wird, ist im Allgemeinen linear, kann aber auch anderen Bahnführungen folgen. Die dynamische 3D-Vermessung des Zeilensensorsystems erfolgt bei dem von Chromasens entwickelten Verfahren unabhängig vom Scanprinzip. Aus der Beschreibung der Anordnung der Sensoren, welche durch einen Einmess- und Kalibriervorgang einmalig vorab bestimmt wird, kann eine 3-D-Punktewolke im Weltkoordinatensystem berechnet werden. Somit wird die Objektoberfläche digitalisiert und steht in Form von Ortskoordinaten und RGB-Farbwerten für die weitere Auswertung zur Verfügung.

Die Höhenmessgenauigkeit liegt dabei im Bereich von 1/10 der Objektpixelgröße. Beträgt die optische Auflösung beispielsweise 100 μm je Pixel, so liegt die erzielbare Höhenauflösung bei circa 10 μm. Die mathematische Berechnung der Höhendaten erfolgt in Echtzeit. Die Nutzung von parallel betriebenen Grafikprozessoren der neuesten Generation zur Hardwarebeschleunigung lässt derzeit Berechnungen von bis zu 200 Millionen farbigen 3D-Punkten je Sekunde zu.

Anwendungsgebiete

"Klassische Zeilenkameras bieten seit jeher sehr hohe Ortsauflösungen, gestatten sogar multispektrale Farberfassung und werden deshalb oft für Routineinspektionen zur Qualitätssicherung am Band eingesetzt. Die Ergänzung des breiten Anwendungsspektrums um den noch fehlenden Kanal für Tiefendaten ist eine logische Erweiterung", erklärt Markus Schnitzlein.

Nach seiner Ansicht kombiniert das neue Messsystem für den industriellen Einsatz die Vorteile kundenspezifischer Zeilenkameras mit bewährten 3D-Auswertemethoden, die aus 3D-Matrixkamerasystemen bekannt sind.

Verfahren zur berührungslosen optischen Oberflächenvermessung dreidimensionaler Objekte gewinnen im Zuge der schnell voranschreitenden technologischen Entwicklung zunehmend an Bedeutung. Ein naheliegender Anwendungsfall für das jetzt vorgestellte farbige 3D-Verfahren ist das Zusammenpassen von Farbaufdruck und Form auf eine in die Oberfläche geprägte und bedruckte 3D-Form, beispielsweise bei hochwertigen Kosmetikverpackungen, Spielzeugwaren oder Folientastaturen.

Weitere Anwendungen für die 3D-Oberflächenvermessung sind Holz und Holzerzeugnisse, Fliesen, Steinplatten oder furnierte Oberflächen. Bearbeitete metallische Oberflächen lassen sich ebenfalls mit dieser Lösung vollflächig vermessen.

Erste Projekte, beispielsweise bei der Qualitätskontrolle von Leder, wurden bereits realisiert. "Kunden können sich mit ihren Messaufgaben an uns wenden. Durch eine analytische Vorab-Bewertung der jeweiligen Objektoberfläche kann Chromasens ein geeignetes Kamerasystem mit der passenden Sensorik, Optik und Beleuchtung vorschlagen, das zur Lösung dieser Messaufgabe optimal geeignet ist", lädt Markus Schnitzlein Interessenten ein, das neue 3D-Oberflächenmessverfahren auf die Probe zu stellen.

Über Chromasens GmbH

Im Jahre 2004 gegründet, konzipiert, entwickelt und produziert die Chromasens GmbH innovative Bilderfassungs- und -verarbeitungssysteme für höchste Ansprüche. Chromasens Expertise liegt sowohl in der Komponenten- wie auch der Systementwicklung. Die optischen, elektronischen und mechanischen Elemente von Hochleistungskamera- und Hochleistungsbeleuchtungssystemen werden optimal auf die kundenspezifischen Aufgabenstellungen hin angepasst. Das in Konstanz ansässige, ISO 9001 zertifizierte Unternehmen beschäftigt derzeit rund 50 Mitarbeiter. Nicht nur Forschung und Entwicklung, auch die Produktfertigung erfolgt in Deutschland. Chromasens bietet seinen Direkt- und Projektkunden, die maßgeschneiderte, individuelle Bilderfassungslösungen benötigen, über alle Phasen eines Projektzyklus hinweg eine professionelle Beratung und Betreuung. Der Vertrieb von standardisierten Bildverarbeitungskomponenten geschieht weltweit über zertifizierte Value-Added-Distributoren.

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