Optische 3D-Messtechnik

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1 Instruments Systems Division 3D Optische 3D-Messtechnik 2. Juni Berlin Dipl.-Ing. Thorsten Terboven Konica Minolta Photo Imaging Europe GmbH Instrument Systems Division 3D

2 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

3 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

4 Konica Corporation, Tokyo Minolta Co. Ltd., Osaka KONICA MINOLTA HOLDINGS, INC.

5 Konica Minolta Holding Gründungsjahr: 1873 (Merger Konica & Minolta 2003) Beschäftigte weltweit : Geschäftsbereiche: Bürokommunikationssysteme Optische Produkte Photographische Produkte Medizinische Geräte Messgeräte Muttergesellschaft: Konica Minolta Holdings, Inc., Tokio, Japan

6 Konica Minolta Network More than 140 subsidiaries in 34 countries Headquarters

7 Konica Minolta Business areas Office Equipment Optical technology Optical Equipment Konica Minolta Materials technology Imaging technology Photo Imaging Medical Imaging Nano technology Measuring Instruments Graphic Imaging

8 Konica Minolta Companies - Business companies - Konica Minolta Business Technologies, Inc. Konica Minolta Opto, Inc. Konica Minolta Photo Imaging, Inc. Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Konica Minolta Sensing, Inc. Konica Minolta Holdings, Inc. - Common function companies - Konica Minolta Technology Center, Inc. Konica Minolta Business Expert, Inc.

9 Konica Minolta Sensing Hiroshi Furukawa President Location of head office: Consolidated Sales: Number of employees: *FY2003 Actual result Osaka 2.7 billion yen* Approx. 400 (consolidated) Manufacturing and sale of measuring instruments, etc. for industrial, photographic and medical purposes.

10 Bereiche Konica Minolta / Industriemesstechnik Vier Geschäftsbereiche Farbe Licht Display 3D Scanner

11 Instruments Systems Division / 3D Produkte A logical step towards extending Konica Minolta core expertise and product range in the sectors of colorimetry and optometry.

12 7 Years of 3D Experience - Model History VI-300, low end model VI-700, flexible low end model VI-900, high end generation

13 Die aktuellen 3D - Scanner

14 Lasertriangulation 3-D scanners principal operation

15 Lasertriangulation Kamera / CCD Laser

16 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

17 3D Digitalisierung - Modellieren oder Digitalisieren? Kong Maske 21 scans, Polygons

18 Modellieren oder Digitalisieren? Abhängig von der Objektbeschaffenheit und dem Endergebnis Modellieren Scannen Einfache regelmässige, geometrische Objekte Objekte mit scharfen Kanten,plane Flächen Organische Objekte Komplexe, unregelmäßige Geometrien Genaue Abbildung des Originals Kommerzielle 3D Modelling SW 3D Digitizer Via Solid oder Surface Modelling Scandata Bearbeitung Polygon oder NURBS Modell Punktewolke oder Polygon Modell NURBS Model via Flächenrückführung Texturieren, Animieren, Rendern CNC Fräsen / 3D Drucken Computer Grafik Rapid Prototyping

19 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

20 3D Applications Industry Cultural Heritage Medical Computer Graphics

21 3D Applications Industry Cultural Heritage Medical Computer Graphics

22 3D Applications - Industry Industrial Design - Motorcycle rim

23 3D Applications - Industry Wheel Object Proto type ; Feed back to CAD data Scan by VI-9i Polygon data CAD CAE Creating NURBS Continuous surface

24 3D Applications - Industry Industrial Design - Luge

25 3D Applications - Industry Industrial Design - Automobile

26 3D Applications - Industry Industrial Design - Car Seats

27 3D Applications - Industry Shoe - Design

28 3D Applications - Industry Toy Manfacturing

29 3D Applications - Industry Formula 1 Racing Inspection, Analysis, Verification

30 Fallbeispiel #1 Kabinenaufbau

31 Fallbeispiel #1 Kabinenaufbau

32 Fallbeispiel #1 Kabinenaufbau

33 Fallbeispiel #2 Sheet Metal Inspection Registration with best-fit

34 Fallbeispiel #2 Sheet Metal Inspection Pre-Definition for RPS Definition for matching

35 Fallbeispiel #2 Sheet Metal Inspection Analyze of the result about alignment

36 Fallbeispiel #2 Sheet Metal Inspection

37 3D Applications Industry Cultural Heritage Medical Computer Graphics

38 3D Applications - Cultural Heritage Virtual Heritage: High Quality 3D Acquisition and Presentation Project No: IST The ViHAP3D project aims at preserving, presenting, accessing and promoting cultural heritage by means of interactive high-quality 3D graphics.

39 3D Applications - Cultural Heritage VIHAP3D Consortium

40 3D Applications - Cultural Heritage

41 3D Applications - Cultural Heritage Robot Vision Project Automatic inspection of a model: Assembling 3D Digitizer with ABB Robot (Easy3Dscan Software + ProE).

42 3D Applications - Cultural Heritage

43 3D Applications - Cultural Heritage - Scan

44 3D Applications - Cultural Heritage - Scan

45 3D Applications - Cultural Heritage - Animation

46 3D Applications - Cultural Heritage - Reproduktion

47 3D Applications - Cultural Heritage - Reproduktion

48 3D Applications - Cultural Heritage Transportation packaging

49 3D Applications - Cultural Heritage Restauration

50 3D Applications - Cultural Heritage Archiving / Reproduction

51 3D Applications - Cultural Heritage Archiving / Reproduction

52 3D Applications - Cultural Heritage

53 3D Applications - Cultural Heritage

54 3D Applications - Cultural Heritage Architecture

55 3D Applications - Cultural Heritage

56 3D Applications - Cultural Heritage

57 3D Applications Industry Cultural Heritage Medical Computer Graphics

58 3D Applications - Medical Orthodontics

59 3D Applications - Medical Dental

60 3D Applications - Medical Dental

61 3D Applications - Medical Forensis

62 Comparative Study of Facial Reconstructions Scope Different facial reconstructions based on the same skull are often quite dissimilar depending on the person who did the reconstruction and the technique used. To our knowledge, the variability of facial reconstructions has never been subject of a scientific investigation. Therefore, the program committee of the RSFP 2005 decided to initiate a comparative study based on a real case. The Case In January 2003 a human skull was found in a forest near Celle, a town north of Hannover. The skull is in sound condition and nearly all teeth of the maxilla and mandible are present. Multiple dental treatments of bad quality are obvious. No other body parts were found in the surrounding. The identity of the person is still unknown.

63 Comparative Study of Facial Reconstructions Scanning of 11 head models

64 3D Applications - Medical Plastical Surgery / Reconstruction

65 3D Applications - Medical Plastical Surgery

66 3D Applications - Medical Plastical Surgery

67 3D Applications - Medical Hearing aid - ear impression scanning

68 3D Applications Industry Cultural Heritage Medical Computer Graphics

69 3D Applications - Computer Graphics Charakter Animation

70 3D Applications - Computer Graphics 3D Character Animation / Web Design

71 3D Applications - Computer Graphics Computer Graphics

72 3D Applications - Computer Graphics Modern Art

73 3D Applications - Glas Block Engraving Glas-Block engraving

74 Konica Minolta Partners

75 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

76 3D Digitizer - Methoden der Vermessung Contact (Tactile) Non-Contact Koordinatenmessmaschine (CMM) Renishaw, Microscribe etc. Aktiv Eigene Lichtquelle Passiv Umgebungslicht Objekt wird illuminiert um seine Form aufzunehmen Laser Strahl Laser Streifenlicht Strukturiertes Licht Time of Flight

77 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

78 3D Digitizer - Qualitätsmerkmale Auflösung (Geometrical Resolution) 0,008 mm Kleinste Veränderung in der Tiefe welche der Sensor erfassen kann! Genauigkeit (Accuracy) Statistische Genauigkeitsschwankungen unter mehrmaligen Messungen von einem bekanntem Wert. Minolta VI-900: (0,020 mm) bei einem Sigma sog. absolute Genauigkeit Minolta VI-910: (0,010 mm) bei einem Sigma sog. absolute Genauigkeit Minolta VI-9i: (0,005 mm) bei einem Sigma sog. absolute Genauigkeit Wiederholbarkeit von Messungen (Repeatability) Verzerren die Messungen mit einem 3D Laserscanner? Beeinflussungsfaktoren beim Messvorgang ( Envoiremental sensitivity) Welche Faktoren beeinflussen die Messungen? Windgeschwindigkeit, Temperatur, Vibration, Luftfeuchtigkeit,... Messgeschwindigkeit Wie viel Zeit benötigt man für eine Messung? (Messzeit?) Welcher zusätzlicher Zeitaufwand fällt an? (Rüstzeit?) Wie hoch ist der Zeitaufwand für die Nachbearbeitung? (Post Processing?)

79 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

80 Genauigkeit vs. Preis Inspection Reverse Engineering Accuracy Archeologie Medizin Kunst und Kultur Gaminig / Animation Web Price / Market

81 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

82 3D Digitalisierung mit Laser Triangulation (Stärken / Schwächen) Stärken Nachteile und Einschränkungen non contact sicher (nicht durchdringend) sicher (nicht durchdringend) kostengünstig schnell Laserlicht kann nur die sichtbaren Oberflächen erfassen Anfällig für gewisse Oberflächenbeschaffenheit Transparenz, Glanz, Reflektionen, viele Farbvariationen, Dunkelheit (kein reflektierendes Licht) Oberflächenstreuung. Irritation durch Spiegelung Warum sind Laserscanner eine gute Idee?? Kompaktheit, Mobilität Niedriger Energieverbrauch Wellenlänge ist einfach zu isolieren (690 Nanometer) keine Abweichungen (genau) guter Focus über lange Distanzen

83 3D Digitalisierung mit Laser Triangulation (Einschränkungen der Scan Objekte) Scan-Objekte Geeignet Nicht geeignet Helle, matte Farben: weiss, creme, beige, haut, grün Matte Oberflächen Rund, symmetrisch, mit Volumen Ohne Hinterschnitte Dunkle Farben: schwarz, dunkelblau Glänzende Oberflächen, Chrom, Glas Dünne, schmale Objekte, starke Vertiefungen Viele Hinterschnitte

84 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

85 3D Digitizing - Arbeitsstufen Objektvorbereitung: einpudern, einsprühen, modifizieren? (sägen, schneiden etc) Umgebung kontrollieren: Vibrationen?, Aussenlicht? Den Scanvorgang überlegen: rotieren um welche Achse?, montieren (Knetmasse)? Datenakquisition: Drehteller, manuell oder beides Scan Data Editing: Ausreisser & Randmaterial entfernen Scans aneinander registrieren (gemeinsame Koordinaten System) Scan Data Editing: Überlappendes Material kontrollieren Scans mergen (zusammenschweißen) Scan Data Editing: Löcher schließen, Bereiche glätten, Polygon Reduzierung Fertiges polygonales Model: (15 Min. bis 3 Tage, 4 Scans bis 100 Scans)

86 3D Punktewolke

87 3D Polygonal Mesh

88 3D Polygonales Modell

89 3D CAD Model

90 3D Scanning - Inhalt KonicaMinolta / 3D Business 3D Modelling Software oder 3D Digitizer Anwendungsgebiete von 3D Digitizern Methoden der 3D Vermessung Qualitative Merkmale Genauigkeit vs. Preis Laser Triangulation: Stärken / Schwächen Arbeitsstufen der 3D Digitalisierung Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme

91 3D Scanning - Inhalt Kommerzielle 3D Digitizer Software und Systeme Allgemeine Übersicht FARO 3D Printer GOM Konica Minolta

92 Die aktuellen 3D - Scanner Easy to use, portable Capture 3D geometry & color Capture geometr. Points in 2,5 sec. 0,008 mm Precision +/- 0,10 mm accuracy, 60 cm, tele 3 exchangeable lenses with Autofocus 128MB Memory Card, Panel & LCD Windows NT/2000/XP

93 Die aktuellen 3D - Scanner Easy to use, portable High Accuracy (User Compenstion System) Capture 3D geometry & color capture geometr. Points in 2,5 sec. 0,008 mm Precision +/- 0,05 mm accuracy, 60 cm, tele 3 exchangeable lenses with Autofocus Windows NT/2000/XP Photogrammetry add on

94 Vergleich der aktuellen Produkte VIVID910 VIVID9i(VI-9i) Object Distance Range 0.6m to 2.5m(2m for WIDE lens) 0.5m to 2.5m Field of View 0.6m to 1.2m 0.6m to 1.0m Input Range(x,y,z) ~ ~ Scan Mode & Input Time FAST(0.3sec)/FINE(2.5sec) New FINE(2.5sec) Accuracy tele X:±0.22 Y:±0.16 Z:±0.10mm tele XYZ:±0.05/±0.10mm middle X:±0.38 Y:±0.31 Z:±0.20mm middle XYZ:±0.10/±0.20mm wide X:±1.40 Y:±1.04 Z:±0.40mm wide XYZ:±0.20/±0.40mm (Z valueisto thez referenceplane) (Z valueisto thez inputrange) (Condition:0.6m,20 C) (Condition:0.6m/1.0m, 20 C (User compensation system use) Precision tele 0.008mm tele 0.008mm middle 0.016mm middle 0.016mm wide 0.032mm wide 0.032mm (Condition:0.6m,20 C) (Condition:0.6m,20 C) Memory Media ATA PC card Type None (It can't be measured with an operation panel.)

95 Optionales Photogrammetriesystem in der Praxis Area N Area1 Area2

96 Optionales Photogrammetriesystem in der Praxis

97 Photogrammetriesystem für größere Bauteile

98 New Field Calibration System High reliability against changing environments or lens exchange

99 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Merci beaucoup! Kiitos! Děkuji! Obrigado! Dziękuję! Muchas Gracias! Spassíba! Thank you! Äfchari sto! Aligatou! Vielen Dank! Dankie! Schukran! Mile Gracie! Köszönöm! Teşekkür ederim!

100 Thorsten Terboven Konica Minolta Photo Imaging Europe GmbH Instrument Systems Division Europaallee 17 D Langenhagen

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