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3D Streifenlicht-Projektion

Die Streifenlicht-Projektion ist eine bewährte Methode zur 3D-Vermessung und Oberflächeninspektion in der industriellen Bildverarbeitung. Sie ermöglicht die präzise Erfassung von Oberflächengeometrien und bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Qualitätskontrolle und Fertigung.

Wenn ein strukturiertes Lichtmuster auf eine dreidimensionale Oberfläche projiziert wird, verzerren sich die Linien entsprechend der Geometrie der Oberfläche. Diese Verzerrungen werden dann durch eine Kamera erfasst und analysiert, um die 3D-Koordinaten der Oberfläche zu bestimmen.

Funktionsweise Streifenlicht-Projektion

Projektion strukturierter Lichtmuster

Bei der Streifenlicht-Projektion wird eine Folge strukturierter Lichtmuster auf ein stationäres Objekt projiziert. Dies geschieht mithilfe eines Digital Light Processors (DLP), der die Mustersequenzen erzeugt und auf das Objekt abbildet.

Typische Methoden

Es gibt zwei gängige Methoden, um die Lichtmuster zu projizieren:

Sequenz von Linienstreifen: Eine Serie von einigen bis oftmals 16 Bildern mit unterschiedlich breiten Linienstreifen wird auf das Objekt projiziert.
Phasenverschobene Sinuskurven: Ein Satz von phasenverschobenen Sinuskurven kann ebenfalls verwendet werden, um präzise Messungen zu ermöglichen.

Erfassung der Deformationen

Die projizierten Licht- und Schattenübergänge auf dem Objekt werden mit einer 2D-Kamera (entweder monochrom oder farbig) erfasst. Diese Kamera nimmt die Deformation der Lichtmuster auf, die durch die Objektgeometrie verursacht werden.

3D-Rekonstruktion der Punktwolke

Die erfassten Bilder werden von einer Bildverarbeitungssoftware analysiert, um die Oberflächenstruktur des Objekts zu rekonstruieren. Aus den Deformationen der Lichtmuster wird eine 3D-Punktwolke erstellt, die die exakte Geometrie des Objekts widerspiegelt.

Streifen-Projektion (Zeitlupe)

Prinzip Muster-Abfolge

Typischer 3D Scanner mit Streifenlicht-Projektion

Scandaten

- Animation -

Vorteile der Streifenlicht-Projektion

1. Unabhängig von Grautönen des Objekts

Ein großer Vorteil der Streifenlicht-Projektion ist ihre Unabhängigkeit von den Grautönen des Objekts. Die Methode arbeitet hauptsächlich mit Höheninformationen und kann daher präzise Messungen und Analysen durchführen, unabhängig von der Helligkeit oder Farbe des Materials.

2. Scannen im Stillstand

Die Streifenlicht-Projektion ermöglicht das Scannen im Stillstand, was bedeutet, dass keine zusätzliche Bewegung des Objekts oder Sensors erforderlich ist. Dies vereinfacht den Messprozess und erhöht die Stabilität und Genauigkeit der Messungen.

3. Hohe Z-Genauigkeit

Dank der Streifenlicht-Projektion sind hohe Z-Genauigkeiten möglich. Dies bedeutet, dass die Technologie äußerst präzise Höheninformationen erfassen kann, was sie ideal für Anwendungen macht, die eine hohe Genauigkeit erfordern.

4. Dichte 3D-Punktwolken

Diese Technologie liefert 3D-Daten für jedes einzelne Sensorpixel, was zu extrem dichten 3D-Punktwolken führt. Diese Punktwolken bieten eine detaillierte und umfassende Darstellung der Objektoberfläche, was besonders in der Qualitätskontrolle und Oberflächeninspektion von Vorteil ist.

5. Intensitätsbildinformationen

Zusätzlich zu den Höheninformationen können auch Intensitätsbildinformationen aufgenommen werden. Dies ermöglicht eine umfassende Analyse und Erfassung von weiteren Merkmalen des Objekts, was zusätzliche klassische "2D-Bildverarbeitung" ermöglicht.

Mögliche Nachteile

1. Anforderungen an den absoluten Stillstand

Das Objekt darf sich während der Aufnahmesequenz nicht bewegen oder vibrieren. Jede Bewegung kann die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen und zu fehlerhaften Ergebnissen führen.

2. Längere Aufnahmezeit

Für eine vollständige 3D-Rekonstruktion sind oftmals 12 bis 16 Bilder erforderlich, manchmal sogar zusätzlich jeweils mit mehreren Belichtungszeiten. Dies kann zu längeren Scanzeiten führen, insbesondere wenn längere Belichtungszeiten benötigt werden.

3. Abschattungen

Der Winkel zwischen Lichtquelle und Kamera kann zu Abschattungen führen, die die Messung beeinträchtigen. Eine mögliche Lösung besteht darin, Doppelkopfsensoren einzusetzen, um diese Abschattungen zu kompensieren.

4. Reflexionsprobleme

Reflexionen auf glänzenden oder spiegelnden Oberflächen können Probleme verursachen und die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen. Spezielle Maßnahmen zur Reduktion von Reflexionen sind erforderlich, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

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