Ultra-mobile 3D-Messtechnik Handgeführter 3D-Scanner kolibri CORDLESS Andreas Breitbarth, Peter Kühmstedt, Matthias Heinze, Ingo Schmidt, Gunther Notni 07745 Jena Albert-Einstein-Str. 7 www.iof.fraunhofer.de
3-D-Vermessung bisherige Lösungen table-top 3D-Scanner Mobile stativgeführte 3D-Scanner Messzellen Robotergeführte 3D-Scanner Anbindung an Strom- und Datennetz erforderlich! Verwacklung durch langsame Messung (typ. >1s) Eingeschränkte Mobilität / Flexibilität! Bildquellen: IVB, GOM, Hint-Els, IOF
Handgeführte 3D-Scanner Anforderungen: Messen an verschiedenen Standorten Messen an / in schwer zugänglichen Bereichen
Handgeführte 3D-Scanner Anforderungen: Messen an verschiedenen Standorten Messen an / in schwer zugänglichen Bereichen Lösungsansatz: schnelle, flexible, netzunabhängige 3D-Messung die messtechnische Feuerwehr = 3D-Handscanner
Grundprinzip unseres Handscanners - Stereobasierte Streifenprojektion - Projektor Kamera 1 Kamera 2 Ein Projektor beleuchtet das Objekt mit zwei um 90 gedrehten Gittersequenzen, und zwei Kameras beobachten gleichzeitig das Objekt Phasenwerte dienen zur Definition von homologen Punkten in beiden Kamerabildern Objekt Triangulation der Kamerabilder (Bildkoordinaten) Sequenz 1 Sequenz 2
Realisierung Sensorkopf Pocket-Beamer Kamera Kamera Streifenprojektions-Sensorkopf Digitale Projektion mit Hochleistungs-LED Pocket DMD-Projektor Batterie-Versorgung
Handgeführter 3D-Scanner Basiskonzept kleiner und leichter Sensorkopf (Digitaler Projektor mit LED-Lichtquelle) + Batteriebetrieb (2h Akkuladung) + schnelle Streifenprojektion und Bildaufnahme (60 Hz Streifenprojektion) + drahtlose (WLAN) Datenübertragung zur Basisstation und zum mobilen Bedienpanel = handgeführter drahtloser 3D-Scanner Mobileinheit Position 1 Position 2 Sync Position 3 WLAN ipod touch (Anzeige, Steuerung) Basisstation PC WLAN Messobjekt Sensorkopf Laptop-Steuerung
Systemkomponenten (Übersicht) Laptop 3D-Scanner Bedienpanel ipod touch Mobileinheit
Handgeführter 3D-Scanner Basiskonzept I 3D-Sensorkopf Auslösung mittels Startknopf synchronisierte Schnelle Projektion Bildaufnahme und synchronisierte Bildaufnahme Laptop Mobileinheit Steuerung 3D-Koordinatenberechnung Visualisierung 3D-Datennachbearbeitung ipod touch am Arm Bedienung Visualisierung, Live View Basisstation - Hauptrechner 3D-Datennachbearbeitung Archivierung
Handgeführter 3D-Scanner Basiskonzept II Laptop Mobileinheit Laptop (3D- Koordinatenberechnung und Visualisierung) Steuerung 3D-Koordinatenberechnung Visualisierung 3D-Datennachbearbeitung ipod touch am Arm Bedienung Visualisierung, Live View
System Parameter kolibri CORDLESS Messfeld / total : 240 x 175 mm 2 Arbeitsabstand: 400 mm Messzeit / Scan: 200 ms Datenberechnungszeit: < 5 s Höhenauflösung: 50µm Laterales Auflösungsvermögen: < 400 µm Sensorgewicht: < 1,6 Kg Anschaltzeit: < 3 min Betriebsdauer (Akku) 1,5 2 h
Transport zum Einsatzort Fahrzeug- und flugtauglicher Transportkoffer (Trolley) 3D-Scanner Kalibrierkörper Ladestation Laptop Mobileinheit
Anwendungsszenarien Überall dort, wo mobile Einsetzbarkeit, komplizierte Zugänglichkeit, kein Stromanschluss Qualitätssicherung an unterschiedlichen Standorten (Stichprobenkontrolle) Medizin: 3D-Digitalisierung für patientenindividuelle Produkte z.b. Scannen am Patientenbett Montagekontrolle: Vermessung im PKW (Interieurvermessung) Kriminalistik: Digitale Spurensicherung / Tatortvermessung Archäologie: Digitale Sicherung von Ausgrabungen Digitale Kunstgüterarchivierung, Restauration
Qualitätssicherung: Sandkern einer Motorbaugruppe Details sind deutlich wiederzuerkennen Foto des Messobjekts Ausschnitt des STL-Modells STL-Modell des Messobjekts, aus den Einzelpatches zusammengesetzt
Vermessung in Werkzeugmaschine 3D-Scan links 3D-Scan rechts Foto Scanvorgang Schnelle 3D-Inspektion Kein Werkzeugausbau Kurze Stillstandszeiten Foto Werkzeugausschnitt
Vermessung an / in Fahrzeugen Interieur Montagekontrolle im Fußraum
Aufnahme Fahrzeuginnenraum (Fußpedal PKW) a) 3D-Darstellung (STL-Modell) des gesamten Bereiches b) Bremspedal (Detaildarstellung)
Kriminalistik: Vermessung von Spuren im Sand (1) Spurensicherung in schwer zugänglichen Umgebungen On-line Datenbankabgleich Foto Objekt Abriebtiefe Foto Spur 3D-Resultat (STL-Fläche) der Spurenmessung
Medizin: 3D-Gesichtscanning Patientenindividuelle Atemmasken 3D-Resultat (STL-Fläche) des Gesichtes 3D-Gesichtscanning Herstellung der Atemmaske auf der Basis der digitalen Daten Kein Gipsabdruck ohne Textur Scannen am Patientenbett mit Textur Höherer Tragekomfort
3D-Erfassung komplexer Objekte Foto: Objekt und Scanvorgang 3D-Resultat (STL-Fläche) der Statue erstellt aus 45 Einzelansichten
Kolibri CORDLESS Charakterisierende Merkmale Kabellos Datenübertragung per WLAN Akkubetrieben Handgehalten Schnelle Datenerfassung Leicht und ergonomisch Nutzerfreundlich Sehr einfache Handhabung (keine Justage oder genaue Positionierung notwendig) Bedienungsfreundliche Benutzeroberfläche (ipod touch)
Kolibri CORDLESS Charakterisierende Merkmale Kabellos Datenübertragung per WLAN Akkubetrieben Handgehalten Schnelle Datenerfassung Leicht und ergonomisch Nutzerfreundlich Sehr einfache Handhabung (keine Justage oder genaue Positionierung notwendig) Bedienungsfreundliche Benutzeroberfläche (ipod touch) Mobil Transport in Rollkoffer Innen- oder Außeneinsatz Beengter Einsatz möglich Selbstorientierend Keine externen Tracking- Systeme notwendig (keine KMS, tragbaren Arme, etc.) Vollständige Bewegungsfreiheit Berührungslos
Zusammenfassung Demonstration eines batteriebetriebenen, handgeführten 3D-Scanners Datenfernübertragung über W-LAN ermöglicht flexiblen, mobilen Einsatz Vielfältige Einsatzszenarien in der 3D-Qualitätssicherung und im Reverse Engineering möglich
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen / Anregungen?
Pumpengehäuse Foto des Messobjekts Objekt als STL- Modell
3D-Vermessung von Schuhspuren im Sand (2) 3D-Darstellung (Punktewolke) einer Schuhspur im Sand mit eingezeichnetem Bereich einer Schnittlinie Schnittlinie durch die 3D- Punktwolke mit möglicher Messfunktion (hier Abstand von zwei Profilspitzen)
3D-Vermessung von Schuhspuren im Sand (3) Eingebrachter Defekt identifizierter Defekt a) 3D-Darstellung (STL- Modell) des Abdrucks einer Schuhsohle b) 3D-Darstellung (STL- Modell) des Abdrucks nach Einbringen eines Defektes in die Schuhsohle und nochmaligem Vermessen Differenz der gemessenen Schuhsohlen (a - b)
Vermessung Tätertransportfahrzeugspuren Neuss Abgleich Täterfahrzeuge a) 3D-Darstellung (STL-Modell) der Reifenspur im Sand b) Range Rover Tätertransportfahrzeug!!
Spurensicherung Einbruch (Jena Einkaufszentrum) Foto: Leiterabdruck im Wellblech des Vordachs (Jena 21.07.09) Datenaufnahme Ziel: Rückschlüsse auf Personengewicht und Leitertyp aus Abdruckform und -tiefe Fotos: Ostthüringer Zeitung
Spurensicherung Einbruch (Jena Einkaufszentrum) 3D-Schattierung Winkelbestimmung eines Eindrucks
Weitere Optionen Simultane Erfassung von 3D-Form und Farbe / Textur ( 3D-Farbfotografie ) 3D-Modell 3D-Modell mit Farbtextur