3D-Scanner prüft Maß, Form und Lage bei Messfeldern von 20 mm bis 200 mm

  • Durch das patentierte Aufnahmeverfahren mit drei Kameras kann auf das Kleben von Passmarken komplett verzichtet werden. Bild: Otto Vision Technology GmbHDurch das patentierte Aufnahmeverfahren mit drei Kameras kann auf das Kleben von Passmarken komplett verzichtet werden. Bild: Otto Vision Technology GmbH
  • Durch das patentierte Aufnahmeverfahren mit drei Kameras kann auf das Kleben von Passmarken komplett verzichtet werden. Bild: Otto Vision Technology GmbH
  • Abweichungen zwischen digitalem Referenzmodell und produziertem Teil können in der farblichen 3D-Darstellung schnell lokalisiert werden, um Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Otto Vision Technology bietet unter anderem optische 3D-Scanner im High-End-Bereich zur berührungslosen Form- und Koordinatenvermessung in der automatisierten Qualitätskontrolle. Durch die Weiterentwicklung des BV-Systems und die Integration zweier 12MP-Kameras reicht nun ein Gerät für die Erfassung hochgenauer 3D-Daten aus, um Objekte auf Maß, Form und Lage bei Messfeldern von 20 mm bis 200 mm zu prüfen. 

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 der 3D-Scanner Flex-3A 3D-Oberflächendaten in hoher Punktdichte. Mit der Weiterentwicklung straffte Otto Vision das Portfolio und kann nun Messfeldbereiche von 20 mm bis 200 mm mit einem Gerät abdecken. 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.

Flex-3A arbeitet als vollautomatisches Multi-view-System auf Basis der phasenmessenden Streifenprojektion mit Triangulation und Phasogrammetrie. Der 3D-Messkopf ist mit zwei 12MP-USB-3.0-Kameras und einem LED-Streifenprojektor mit einer Auflösung von 1.440 x 1.080 Pixel ausgestattet. Eine dritte Kamera stellt die Mehrbildregistrierung sicher. Die zu inspizierenden Teile können entsprechend 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 Prüfobjektes. 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 Gunter Otto, Geschäftsführer von Otto Vision.

Mit der optionalen Erweiterung um eine motorisierte Wendehalterung lassen sich zudem auch Ober- und Unterseite vollautomatisch vermessen. Durch die flexible Gestaltung kann das System so für die Erstbemusterung von Prototypen, für fertigungsbegleitende Stichprobenprüfungen wie auch für Wareneingangskontrollen gefertigter Teile variabel eingesetzt werden.

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 zum Beispiel produzierten Teilen und dem entsprechenden CAD-Modell kann so schnell und einfach durchgeführt werden, um Formabweichungen wie Verzug, Schrumpfung, Versatz oder auch Werkzeugverschleiß einfach 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 einfach möglich.

Präzise Erfassung verschiedener Messfelder

Die automatisierte berührungslose 3D-Prüfung auf Maß, Form und Lage mit variabler Messfeldgröße erfolgt mit Flex-3A. Eine 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 nutzen im Kamerabereich bereits seit vielen Jahren Baumer-Kameras. Aufgrund der guten Zusammenarbeit und Zuverlässigkeit war für uns klar, dass wir auch für die Weiterentwicklung des Flex-3A auf diese Kameras setzen“, erläutert Otto. Mit der Kombination aus hoher Auflösung von 12 Megapixel bei 30 Bilder/s und kleinem Formfaktor von 29 x 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 sehr gute Bildqualität. Mit der USB 3.0 kompatiblen Schnittstelle profitiert Otto Vision zudem von einer zuverlässigen Ein-Kabel-Lösung mit Plug&Play-Funktion und spart Zeit und Kosten bei der Integration. Durch die umlaufende M3-Befestigung konnten die Kameras mechanisch einfach und flexibel integriert werden. Mit der optimalen Synchronisation der Kameras und digitalem Projektor gelang es den Bildverarbeitungsspezialisten, die volle Geschwindigkeit der Kameras auszunutzen.

Ausblick: 3D-Inlineprüfung verstärkt im Fokus

Die vollständige Automatisierung von 3D-Vermessungen ermöglicht einen schnellen und prozessstabilen Einsatz unter Produktionsbedingungen und bietet gegenüber taktilen Messverfahren eine höhere Informationsdichte – für Otto Vision daher ein Bereich mit großem Wachstumspotenzial. „Dabei fokussieren wir zukünftig nicht nur Offline-Geräte, sondern immer stärker auch die 3D-Inlineprüfung“, blickt Otto in die Zukunft.

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