So gewinnen Prüfungen in 3D jetzt deutlich an Einfachheit

Bei den meisten gefertigten Produkten handelt es sich um dreidimensionale (3D) Objekte. Daher sind Automationssysteme, die dreidimensional arbeiten, selbstverständlich effizienter bei der Montage, Qualitätssicherung und anderen industriellen Aufgaben. 3D-Bildverarbeitungssysteme übernehmen heute üblicherweise drei grundlegende Aufgaben: die Führung der Automatisierung (z. B. Roboter) zur Aufnahme von Gegenständen, die Prüfung von Objekten auf Mängel und die Messung von Objekten im Rahmen eines Montageprozesses.

Flexible 3D-Laserscan-Technologie für schwierige Anwendungen

Designer*innen von 3D-Bildverarbeitungslösungen stehen heute verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, wie zum Beispiel Laser-Scanning-, stereoskopische und Time-of-Flight (TOF)-Lösungen. Von diesen drei Lösungsansätzen ist Laser-Scanning bei weitem die gängigste, da sie die schnellste, genaueste und kostengünstigste Lösung zur 3D-Datenerfassung bietet.

Die drei wichtigsten Laserscanner-Arten sind: Laser-Profiler, Profilsensoren und Flächenscan-Systeme. Laser-Profiler erzeugen Oberflächenkarten, indem sie einzelne Profile in ein Endlosbild stapeln. Profilsensoren können echte 3D-Punktwolken des gesamten Objekts erzeugen, wodurch sie eine größere Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit als einfache Höhenprofile bieten.

Aufgrund der individuellen Stärken der jeweiligen 3D-Laser-Scanning-Lösungen sind sie für viele Anwendungen in den Industriebereichen Automotive (Bündigkeit & Spalt, Teileprüfung, Robotersteuerung), Konsumgüter (Zählen, Verpacken, Prüfen), Lebensmittel und Getränke (Prüfen, Zählen, Sortieren, Verpacken) sowie Elektronik geeignet.

Drei häufige Herausforderungen für 3D

Bei 3D-Vision-Lösungen stellen sich drei zentrale Probleme: Der Bedarf an dreidimensionalen Messungen, einschließlich Drehung um jede Achse in sechs Freiheitsgraden, der Mangel an echten 3D-Tools und die Einschränkungen integrierter Verarbeitung und ihre Auswirkung auf rechenintensive 3D-Anwendungen.

Die Messung von Objekten mit sechs Freiheitsgraden stellt für 3D-Vision-Systeme eine Herausforderung dar, da die meisten 3D-Systeme Höhenprofile anstatt echter Aufnahmen von 3D-Punktwolken verwenden. Bei Höhenprofilen wird die Höheninformation farbcodiert, vergleichbar mit der Darstellung von Temperaturen in einem Wärmebild. Jedoch sehen Menschen die Höhe nicht in Farbe, daher sind diese Lösungen schwer zu verstehen und zu programmieren. Für die meisten 3D-Anwendungen ist ein gewisses Maß an Bewegung erforderlich, daher muss das 3D-Vision-System Drehung, Neigung und Neigungsrichtung unterstützen. Und letztlich kann die Messgenauigkeit leiden, wenn 3D-Oberflächenkarten anstatt echte Punktwolken verwendet werden, denn nur Punktwolken stellen das Objekt so dar, wie es „in Wirklichkeit“ erscheint.

Durch den Mangel an echten 3D-Bildverarbeitungs-Tools verbringen Entwickler von 3D-Lösungen viel Zeit mit dem Versuch, 3D-Anwendungen mit 2D-Tools zu realisieren. Das führt zu ungenaueren Daten, höheren technischen Investitionen sowie längeren Entwicklungs- und Laufzeitvorgängen.

Und schließlich verarbeiten 3D-Vision-Lösungen viele Daten. Daher stützen sich die meisten 3D-Lösungen auf Industrie-PCs oder teure Prozessoren für Industrie-PCs. Diese Prozessoren erschweren das Verkabeln und Nachrüsten, besonders bei robotergeführten Lösungen, bei denen bereits Kabelverschleiß und die Reduzierung des Gewichts am Ende des Roboterarms berücksichtigt werden müssen.

Entwicklung einer besseren 3D-Lösung

Angesichts des steigenden Bedarfs an 3D-Vision-Lösungen konzentriert sich Cognex auf die Bewältigung der wesentlichen Herausforderungen, die einem weitverbreiteten Einsatz im Wege stehen. Das neue 3D-L4000-System verwendet beispielsweise einen Speckle-freien Laser zur Erzeugung einer vollständigen 3D-Punktwolke anstelle von Höhenprofilen und liefert detaillierte Informationen für jede Drehung und Neigung.

Neue 3D-Lösungen bieten dem Bedienpersonal auch eine komplett in 3D dargestellte Punktwolke, sodass das Objekt in jede Richtung gedreht und geneigt werden kann. Dadurch lassen sich Merkmale am Teil mit Merkmalen am Display leichter korrelieren.

Cognex hat Bildverarbeitungswerkzeuge zur direkten Bearbeitung der 3D-Punktwolke entwickelt. Dies führt zu größerer Genauigkeit und vielfältigeren Arten von möglichen Prüfungen. Darüber hinaus können Benutzer direkt beobachten, wie die Vision-Tools an dTeilen oder Komponenten arbeiten. In-Sight 3D-L4000 bietet mehrere eigene 3D-Algorithmen, wie zum Beispiel Blob3D, PatMax 3D, Edge3D, ExtractSphere 3D, ExtractCylinder 3D. Auf all diese Tools kann über die patentierte In-Sight-Spreadsheet-Umgebung zugegriffen werden. So sind intuitive Programmier- und Betriebsabläufe möglich.

Durch die Verwendung modernster 3D-Prüfsysteme sind Kunden heute in der Lage, einfache, kontaktlose Lösungen einzusetzen, um Fehler und Rückrufe zu eliminieren. Beispielsweise können Autohersteller 3D-Vision-Systeme für die Bremsbelagsprüfung sowie zum Prüfen der Spaltbreite, des Winkels der abgeschrägten Kanten und der Nieten einsetzen, um die richtige Befestigung des Reibmaterials sicherzustellen. Diese Systeme führen auch 2D-Prüfungen durch, so zum Beispiel die Kontrolle von Ablesedatum, Chargencodes und angebrachten Etiketten. Dies sind nur eine der vielen Anwendungen, die durch kompakte, benutzerfreundliche 3D-Lösungen möglich werden.