3D-Formvermessung Dreidimensionale Formen per Strahlungswärme messen

Transparente, spiegelnde oder tiefschwarze Oberflächen sind mit konventioneller Sensorik der Bildverarbeitung schwierig bzw. gar nicht erfassbar. Ein neues 3D-Messverfahren des Fraunhofer IOF bietet eine Lösung für diese Beschränkungen.

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Die Anwendbarkeit optischer Messverfahren zur geometrischen Prüfung von Oberflächen hängt stark von den Reflexionseigenschaften des zu messenden Materials ab. Für optische 3D-Sensoren sind helle, matt reflektierende Oberflächen ideal.

Solche kooperativen Eigenschaften sind an Bauteilen und Baugruppen in der Produktion nicht immer gegeben. Unkooperative Objekte, das heißt transparente und spiegelnde oder tiefschwarze Oberflächen, sind mit konventionellen optischen Messsystemen nur mit geringerer Genauigkeit oder gar nicht messbar bzw. erfordern das Aufbringen einer zusätzlichen matten Schicht vor der Messung.

Sequenzielle thermische Streifenprojektion

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF Jena hat mit der sequenziellen thermischen Streifenprojektion ein Verfahren entwickelt, welches unkooperative Oberflächen direkt messbar macht. Während konventionelle optische Sensoren das von der Oberfläche diffus reflektierte Licht aufnehmen, nutzt das System Glass360Dgree die von der Oberfläche emittierte Wärmestrahlung.

Der Sensor des Glass360Dgree besteht aus einem Stereopaar zweier Wärmebildkameras und einem speziellen Projektionssystem. Das Projektionssystem lenkt das Licht eines 40-Watt-CO₂-Lasers (Wellenlänge 10,6 µm) als schmale Linie auf die Oberfläche. Bereits nach wenigen Millisekunden Bestrahlungsdauer weist das Objekt an dieser Linie eine um wenige Kelvin erhöhte Temperatur auf. Die Wärmebildkameras sehen dies als deutlichen Strahldichtekontrast.

Genauigkeiten zwischen 10 und 50 µm

Für die 3D-Formvermessung wird der thermische Streifen mit einem optischen Scanner sequenziell über die Oberfläche geführt. Die beiden Flir-A6753sc-Kameras nehmen dies mit einer Bildrate von 125 Hz auf. Mithilfe einer Korrelationsfunktion werden korrespondierende Pixelpaare gefunden und nach dem Prinzip der Triangulation die 3D-Koordinaten des Objektpunktes bestimmt. In einem 180 mm x 140 mm großen Messfeld werden Genauigkeiten zwischen 10 und 50 µm erreicht, abhängig von der Scan-Geschwindigkeit. Die reine Aufnahmezeit kann auf unter eine Sekunde reduziert werden. Im Glass360Dgree ist das Objekt auf einem Drehtisch platziert, sodass automatisch aus mehreren Einzelansichten ein Rundum-3D-Modell entsteht.

Das Prinzip des Glass360Dgree erlaubt es, die Vorteile schneller, optischer, berührungsloser Messtechnik auch bei unkooperativen Materialklassen zu nutzen. Objekte aus transparentem Glas oder Kunststoff werden genauso messbar wie stark glänzende oder tiefschwarze Bauteile.

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