3D-BILDVERARBEITUNG VON DER PROBLEMSTELLUNG ZUM ERGEBNIS MAURICE LINGENFELDER, ENTWICKLUNG BILDVERARBEITUNG, STEMMER IMAGING

WARUM 3D-BILDVERARBEITUNG? Freiformflächen mit undefinierten Fehlern Tiefe des Defekts? SEITE 2

WARUM 3D-BILDVERARBEITUNG? Prüfungen in mehreren Dimensionen mit einem Sensor (z.b. Dicke und Höhe) Prüfobjekte teilweise nur von einer Seite einsehbar Volumenmessung Farbunabhängig, Kontrast durch Höhendifferenz SEITE 3

WAHL EINES PASSENDEN SENSOR-SYSTEMS Kundenvorgaben Prüfobjekt Größe (Breite, Länge, Höhe) Oberfläche (Material, Farbe, Form) Toleranzen für Messwerte Wiederholgenauigkeit Absolute Genauigkeit Taktzeit Einbindungsmöglichkeiten Roboter, Achse, I/O Kommunikation Preis SEITE 4

WAHL EINES PASSENDEN SENSOR-SYSTEMS Kundenvorgaben Prüfobjekt Größe (Breite, Länge, Höhe) Oberfläche (Material, Farbe, Form) Toleranzen für Messwerte Wiederholgenauigkeit Absolute Genauigkeit Taktzeit Einbindungsmöglichkeiten Roboter, Achse, I/O Kommunikation Preis Variable Systemparameter 3D Technologie Lasertriangulation Streifenlichtprojektion Stereo Vision Shape from Shading Time of Flight Sensor + Beleuchtung Sensorgröße Arbeitsabstand Laser / LED Objektiv Schärfentiefe SEITE 5

3D BILDVERARBEITUNG Datenaufnahme Lasertriangulation Streifenlichtprojektion Stereo Vision Shape from Shading Time of Flight Datenübertragung 2D-Bilder 3D-Datenformat 3D Punktwolke Auswertung 2D- Rückprojektion Prüfentscheid Messergebnisse SEITE 6

3D-BILDVERARBEITUNG Datenaufnahme Lasertriangulation Streifenlichtprojektion Stereo Vision Shape from Shading Time of Flight Datenübertragung 2D-Bilder 3D-Datenformat 3D Punktwolke Auswertung 2D- Rückprojektion Prüfentscheid Messergebnisse SEITE 7

DATENAUFNAHME Lasertriangulation Objekt BEISPIEL: LASERTRIANGULATION SEITE 9

DATENAUFNAHME Lasertriangulation Rangemap SEITE 10

EINZUG DER MESSDATEN KOMMUNIKATION Interface: GigE Vision, USB3 Vision, SDKs Ausgabe-Protokolle GenICam (neu: 3D-Standard) DATENFORM 3D Unsortierte, kalibrierte Koordinatenlisten 2,5D Unkalibrierte 2,5D Bilder (Rangemaps) Kalibrierte 2,5D Bilder Zusatzinformationen Intensität, RGB Validitätsmap Kalibrierparameter Uniform API Uniform GUI SEITE 12

KALIBRIERUNG 1 2 4 6 3 5 7 8 10 11 9 12 SEITE 14

KALIBRIERUNG RANGEMAP POINTCLOUD POINTCLOUD Interne Beschreibt das Verhältnis von Pixel- zu metrischen Koordinaten im Sensorsystem. Korrigiert: Perspektivische Verzeichnung Externe Transformiert die metrischen Koordinaten vom Sensor- ins Objektkoordinatensystem Linsenverzeichnung Krümmung der Laserlinie SEITE 15

INTERNE KALIBRIERUNG Ideale Aufnahme Perspektivische Verzeichnung Linsenverzeichnung Ideale Aufnahme Krümmung der Laserlinie SEITE 16

Laser Laser EXTERNE KALIBRIERUNG Sensorkoordinatensystem Objektkoordinatensystem Z Z X Y X Y SEITE 17

AUSWERTUNG BILD REKTIFIZIERUNG Software: Teledyne Dalsa, Sherlock Planare Projektion der Punktwolke in Z- Ebene 2,5D Bild mit metrischen Werten Keine optischen Verzeichnungen Ermöglicht Anwendung von Standard 2D BV-Algorithmen SEITE 20

AUSWERTUNG SCHÄTZEN VON PRIMITIVEN Ebenen Kugeln Zylinder Schnittgeometrien Software: GOM Inspect SEITE 21

AUSWERTUNG SOLL-/IST- VERGLEICH 3D Punktwolke von gemessenem Bauteil Unterschiedliche Ausrichtungen Ausgerichtete Punktwolken Disparity Map 3D Golden Sample als Vergleichsmodell ausrichten vergleichen Software: CVB Match3D SEITE 22

AUSWERTUNG SOLL-/IST- VERGLEICH Besonders sinnvoll wenn Fehler überall und undefiniert auf Bauteilen auftreten können / Prüfungen von Freiformflächen 3D Lagenachführung als Vorverarbeitungsschritt Pick & Place Disparity Map SEITE 23

INTELLIGENTE 3D-SENSOREN Streifenlichtprojektion Datenaufnahme Lasertriangulation Stereo Vision Shape from Shading Time of Flight Datenübertragung Smart Sensors 3D-Datenformat Auswertung Prüfentscheid Messergebnisse SEITE 25

INTELLIGENTE 3D-SENSOREN Bewertung von 3D-Smart-Sensoren VORTEILE Einzelne Schritte müssen nicht gemacht werden Dateneinzug Interne Erstellung eigener Auswertealgorithmen Ausgabe-Protokolle Einfache Bedienung NACHTEILE Limitierte Rechenleistung Begrenzte Auswahl an verfügbaren Kameramodellen oder Setups Bindung an Hersteller-Software Preis Preis (bei Multikameralösungen) Mittlerweile verschwimmen Grenzen zwischen beiden Bereichen SEITE 26

ZUSAMMENFASSUNG 3D Smart Sensoren können Aufgabenstellungen in einigen Fällen einfacher lösen, sind aber nicht immer die Ideallösung 3D-Standard für GenICam wird die Einbindung von 3D-Messsystemen zukünftig vereinfachen von Messsystemen wichtiger Schritt für präzise Messungen In meisten Fällen ist eine 2,5D Datenauswertung mit 2D-BV-Algorithmen ausreichend Soll-/Ist-Vergleich von Punktwolken notwendig bei: 3D Lagenachführungen Pick & Place Untersuchung von Freiformflächen SEITE 27

VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Ihr Ansprechpartner Maurice Lingenfelder STEMMER IMAGING GmbH T +49 89 80902-756 E m.lingenfelder@stemmer-imaging.de W www.stemmer-imaging.de Copyright STEMMER IMAGING GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Alle Texte, Bilder, Graphiken, Ton-, Video- und Animationsdateien sowie ihre Arrangements unterliegen dem Urheberrecht und anderen Gesetzen zum Schutz geistigen Eigentums. Sie dürfen weder für Handelszwecke oder zur Weitergabe kopiert, noch verändert und auf anderen Web-Sites verwendet werden. Einige STEMMER IMAGING-Seiten enthalten auch Bilder, die dem Urheberrecht derjenigen unterliegen, die diese zur Verfügung gestellt haben.