PARIS Wir machen 3D greifbar 3D observer ENGINEERING QUALITY WORLDWIDE
Der 3D observer Ein leistungsfähiges System, das optische Prüfaufgaben und Automatisierungsaufgaben wie Robot Guidance oder Robot Vision präzise erfüllt. Die Ausgangslage Der 3D observer ist ein optisches Sensorsystem. Es kann dreidimensionale Objekte und ihre Position im Raum komplett erkennen, erfassen oder vermessen (in Relativkoordinaten oder in Absolutkoordinaten). Mit diesen Daten versorgt der 3D observer dann z.b. einen Roboter oder ein Linearachsensystem, wie sie in vielen automatisierten Produktionsverfahren eingesetzt werden. Der 3D observer liefert Informationen über die Position, die 3D-Kontur oder Greifpunkte von Objekten in der Produktionskette. Er kann auch Aufgabenstellungen lösen, bei denen es darum geht, gleichzeitig optische 3D- und 2D-Technologien anzuwenden. Das Verfahren ist flexibel, äußerst schnell und unabhängig vom Material, der Farbe und sogar weitgehend unabhängig von der Oberfläche. Aufgrund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit hat man mit diesem einzigartigen 3D-Scanverfahren eine 100%ige Kontrolle über den Produktionsprozess. Die Herausforderung Für die 3D-Erfassung von Objekten stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Diese unterscheiden sich hinsichtlich Auflösung, Geschwindigkeit und der Eignung für stehende oder bewegte Objekte. Laufzeitbasierte Systeme bieten hier Auflösungen im Milimeterbereich; triangulationsbasierte Verfahren in µm-bereich und interfero- metrische Methoden in nm-bereich. Unser Ziel ist es, für jede Applikation des Kunden die optimale maßgeschneiderte schnelle Lösung mit maximaler Auflösung zu bieten. Vorgabe der Entwicklung des plasmo 3D observers war ein schneller präziser Sensor mit Auflösungen im µm-bereich, der für stehende und bewegte Objekte geeignet ist, die Technologieauswahl fiel daher auf den Ansatz der Lasertriangulation. Dadurch konnte die langjährige Erfahrung mit dem plasmo profileobserver in die Entwicklung einfließen. Die Scannertechnologie des plasmo 3D observers ermöglicht, dass nach Kalibrierung im Arbeitsraum die zu scannenden Teile über eine CAD-Schnittstelle ohne weitere Parametrierungsvorgänge mühelos gescannt werden können. Mit der Entwicklung des plasmo 3D observers ist es gelungen, ein Sensorsystem zu schaffen, das eine schnelle und zuverlässige Erkennung, Erfassung, Vermessung und Überprüfung von Bauteilen ohne lange Rechenzeiten bietet. Die in Echtzeit erzeugten Objektdaten werden mit gängigen CAD-Daten verglichen und in kurzer Zeit werden Roboter positioniert, Teile geprüft oder ausgeschleust. Das sind bei Automationsierungsaufgaben im 3D-Bereich besondere Herausforderungen, denen wir uns mit Erfolg gestellt haben. 2
plasmo 3D observer: Kamera- und Lasereinheit sind mit einem Karbonrohr verbunden. Das System wird immer individuell passend zur Aufgabe angepasst. 3
Der plasmo 3D observer kann problemlos in die Produktionsumgebung integriert werden. 4
Der plasmo 3D observer ist überall einsetzbar Der plasmo 3D observer kann individuell auf alle Begebenheiten des Arbeitsraumes angepasst werden. Hinzu kommt eine sehr hohe Auflösung und eine extrem schnelle Geschwindigkeit. Der Scanbereich ist flexibel einstellbar. Lösungsbeschreibung Der 3D observer ist die intelligente 2D/3D- Lösung in nur einem Gerät für Bildverarbeitungsapplikationen. Er kann unterschiedliche Aufgaben in kürzester Zeit und in höchster Qualität bewältigen, wie z.b. die 3D-Vermessung von Oberflächen unterschiedlichster Form, Lageerkennung von Teilen sowie die Ermittlung einer Greifposition. Es können auch Prüfaufgaben wie z.b. eine Vollständigkeitskontrolle durchgeführt werden. Der 3D observer ist für viele weitere Aufgabenstellungen geeignet. Mittels einer optionalen Erweiterung für kleine Arbeitsräume kann der 3D observer eine 2D-Oberflächenkontrolle durchführen. Dabei werden zusätzlich zu den 3D-Informationen z.b. noch 2D-Helligkeitsinformationen oder Farbinformationen ausgewertet. Mit dem plasmo 3D observer ist also eine vollständige Oberflächenprüfung in 3D und 2D möglich. Das ist das erste Mal, dass beide Funktionen in einem System kombiniert sind! Mit einer zusätzlichen Erweiterungsmöglichkeit ist es uns sogar gelungen, dem System so ewas wie Intelligenz einzuhauchen: Das Kamerasystem erkennt aus einem Vergleich mit zuvor oder zeitgleich bereitgestellten CAD-Daten, welche Teile an welcher Position liegen. Die Daten der zu verarbeitenden Teile können unter anderem über eine XML-Schnittstelle ausgegeben werden (Bauteilgeometriebeschreibung) und dies bei Losgröße 1. Das heißt, dass sogar komplett unbekannte Teile in beliebiger Anzahl dem System präsentiert werden können. Wie dieses kleine Wunder funktioniert ist natürlich unser Geheimnis. plasmo 3D observer Merkmale und Nutzen auf einen Blick Robot Guidance und Robot Vision System, Roboter lernen sehen. Kleinste und größte Bereiche und Arbeitsräume erfassbar Automatisierungslösungen, freiliegende Teile greifen Oberflächenprüfaufgaben Hohe Geschwindigkeit Qualitätskontrolle mit Dokumentation Schnellere und sichere Produktionszyklen durch berührungslose Prüfung Frei skalierbar Pixelgenau kalibriert System für neue Teile über CAD-Schnittstelle konfigurierbar, für Losgröße 1 einsetzbar Wartungsarmes, justiertes Gesamtsystem Senkung der Fertigungskosten 2D/3D-Technologie in einem System vereint 5
Nur soviel sei verraten: Die unbekannten Teile werden als solche erkannt, weil ihre gemessenen Daten mit den CAD-Daten der Teile verglichen werden. All diese komplexen Aufgaben werden vom 3D observer erfolgreich erfüllt, weil wir die drei wichtigsten Komponenten immer perfekt aufeinander abstimmen: 1. Die spezielle Aufbauweise des plasmo 3D observers: Er besteht aus einer Kamera und einem Linienlaser, die auf einem verzugsfreien Karbonrohr montiert sind. Das Karbonrohr gewährleistet ausreichende Verwindungssteifheit und Temperaturstabilität. 2. Die optischen Komponenten und der Kamera-Sensor werden genau ausgerichtet. Diese Teile des plasmo 3D observer werden immer individuell passend zur Aufgabe eingestellt, damit der Triangulationswinkel stimmt. Und durch Einhalten der Scheimpflug-Bedingung erhalten wir die größtmögliche Tiefenschärfe. 3. Für jede Applikation wird ein eigenes Kalibrationsstück gefertigt. Dies ermöglicht die optimale Anpassung des Systems an den Arbeitsraum des Kunden; Vorgaben hinsichtlich Prüfmittelfähigkeit sind damit umsetzbar. Screenshot der Software des plasmo 3D observer: Die verschiedene Bauteile werden vom System erkannt; die Daten werden an die Produktionskette weitergegeben z.b. an einen Roboter oder ein Linearachsensystem. 6
Screenshot der 3D observer-software: Detaildarstellung eines Bauteils. 7
Technische Spezifikation Allgemeine Daten Arbeitsabstand Messoberfläche frei wählbar dunkel bis glänzend Anzahl Pixel Kamera 1.536 x 1.024 Auflösung Detektierbare Objektform Abtastfrequenz Carbon verzugsfrei siehe Grafiken alle Formen vereinzelt 1-5kHz optional Beleuchtung Laserklasse Beleuchtung Betriebsdauer Laser 3B Laser, rot, 660 nm 40.000-60.000 h Abmessungen / Anschlüsse / Gewicht Betriebstemperatur 0 C... 40 C Lagertemperatur -20 C... 50 C Luftfeuchte Schockbelastung Vibrationsbelastung Spannungsversorgung Kameramodule Spannungsversorgung Beleuchtungsmodule Abmessung Balken Rohr Gehäusewerkstoff: 70% nicht konsentierend 2 g, 3 x 6 Richtungen Roboter 2 g, 58 Hz... 150 Hz 24V 5V Auflösungsabhängig Aluminium schwarz eloxiert Schutzart IP 54 Anschlüsse Gewicht Kameramodul Gewicht Beleuchtungsmodule Kamerabalken Schutzglasmaterial: Harting, Gegentakt-Steckverbinder 2,5 kg 2,5 kg 3 kg Antireflex-beschichtet, Flachglas 8
Kommunikation und Bus-Systeme Bedienerschnittstelle Ethernet: Kamera PC Interface Bus-System (via Gateway) Encoderschnittstelle Maximale Encoderfrequenz Roboterschnittstelle Windows HMI Ethernet Digital I/O, Profinet, Profibus, etc. 5 V TTL 2 MHz auf Anfrage 2014 plasmo Industrietechnik GmbH. Gedruckt in Österreich (2014). Änderungen der technischen Daten jederzeit vorbehalten. Die technischen Daten und Spezifikationen stellen keine Garantie dar. Darstellung der Auflösung in Scanrichtung bei verschiedenen Bildaufnahmefrequenzen und Scan-Geschwindigkeiten. 9
Darstellung der Höhenauflösung in Abhängigkeit vom frei wählbaren Höhenmessbereich. Darstellung der Breitenauflösung in Abhängigkeit vom frei wählbaren Breitenmessbereich. 10
3D-Scan eines Menschen mit dem 3D observer: Die unterschiedlichen Höhenverhältnisse sind farbig dargestellt. 11
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