Trotz der nachgewiesenen Vorteile von 3D-Technologie für Inline-Qualitätsinspektionsanwendungen verlassen sich viele Unternehmen für ihre Qualitätskontrollprozesse nach wie vor ausschließlich auf die 2D-Bildverarbeitung.

Auch wenn 2D in einer ausgewählten Reihe von Situationen nützlich ist, kann es keine 100%ige Qualitätskontrolle gewährleisten. Deshalb ist es für Unternehmen so wichtig, in eine 3D-Smart-Lösung zu investieren. Um dies zu veranschaulichen, vergleichen wir die grundlegenden Fähigkeiten von 3D-Laserprofilsensoren und 2D-Bildverarbeitungssensoren.

3D-Formmessung

Ein häufig unterschätztes Problem bei 2D-Sensoren ist, dass sie keine Messungen in Bezug auf die 3D-Form unterstützen. 2D-Sensoren können demnach entscheidende Merkmale wie Oberflächenebenheit oder Teilvolumen nicht messen. Die Unfähigkeit die 3D-Form zu erfassen ist ein Hauptnachteil von 3D, da die meisten Unternehmen alle Aspekte ihres Produkt prüfen müssen.

Ein 3D-Laserprofilsensor wiederum erzeugt Profil- bzw. Oberflächendaten, die auch Informationen zur 3D-Form liefern. Diese Profile sind wichtig, um die Einhaltung von Toleranzen für Oberflächenqualität, Montage, Passgenauigkeit und Endbearbeitung zu messen.

Scheinbare Größe

Da 2D-Sensoren keine Tiefen erkennen können, sind sie abhängig von der Entfernung zwischen Kamera und Ziel. 2D-Sensoren müssen also präzise in einem festen Abstand vom Ziel befestigt werden. Außerdem benötigen Sie skaleninvariante Merkmalserkennung oder große telezentrische Optiken (diese müssen mit der Sichtfeldgröße des Sensors übereinstimmen), um Bewegungseffekten entlang der optischen Achse (d.h. Entfernung von der Kamera) entgegenzuwirken.

Mit 3D sieht dies ganz anders aus. 3D-Laserprofilsensoren können Informationen zur Tiefenmessung bereitstellen, die unabhängig von der Objektbewegung ist und damit Fehler eliminiert. Objekte können sich also im gesamten Sichtfeld des Sensors bewegen und der Sensor liefert dennoch korrekte Ergebnisse. Damit wird eine Objektfixierung überflüssig und die Messzuverlässigkeit verbessert sich.

Kontrastbasierte Messungen

2D-Sensoren messen die Kontraste von Objekten. 2D ist für die Merkmalserkennung also auf Beleuchtungs- und Farb-/Graustufenvariationen angewiesen. Bei Objekten mit geringem Kontrast bei denen entscheidende Merkmale die gleiche Farbe wie der Hintergrund aufweisen, stellt dies jedoch ein Problem dar. So kann 2D beispielsweise keine schwarzen Objekte auf einem schwarzen Hintergrund erkennen oder Objektmerkmale ohne spezielle Beleuchtung unterscheiden.

Die Beleuchtung ist für den 2D-Sensor notwendig, um das Vorhandensein und die Definition einer Kante zu erkennen. Im Gegensatz zu 2D-Identitätsdaten ist 3D kontrastunabhängig. Die Form wird also unabhängig von der Oberflächenfarbe gemessen. Dies macht 3D ideal für die Messung von Objekten mit geringem Kontrast. Außerdem haben Umgebungslicht oder Schatten keinen Einfluss auf die Messergebnisse.

Anwendungsbeispiele umfassen:

• Scannen von beliebigen Objekten
• Scannen nach einer Auswahl von Produktfarben
• Scannen von Verpackungen mit wechselnden Bildern /Fotos/Text
• Isolierung eines Objektscans von einem unruhigen Hintergrund

Roboter-Inspektionsanwendungen

Industrielle Roboter arbeiten in einer dreidimensionalen Welt. 2D-Technologie ist leider nicht in der Lage die notwendigen Tiefeninformationen bzw. räumlichen Informationen (in 6 Freiheitsgraden) zu liefern, die für moderne Robotersichtführung und automatisierte Qualitätskontrolle notwendig ist.

Ein 3D-Laserprofilsensor (sowie Snapshot-Sensor) ermöglicht dem Sensor die Sicht, sodass er Variationen in seiner physischen Umgebung erfassen und sich entsprechend anpassen kann. Dies erhöht die Flexibilität, den Nutzwert und die Geschwindigkeit des Roboters bei wichtigen Anwendungen wie Pick-and-Place. Neben der Sichtführung bieten Laserprofilsensoren auch integrierte Scan-, Mess- und Steuerungsfunktionen, die für eine Vielzahl von flexiblen Roboterprüfanwendungen erforderlich sind.

2D und 3D kombinieren

Laserprofilsensoren kombinieren 3D und 2D-Fähigkeiten für eine vollständige Qualitätskontrolle. Neben 3D-Formmessungen, werden die Intensitätsdaten der projizierten Laser- oder LED-Lichts verwendet, um ein 2D-Oberflächenbild eines Objekts zu erzeugen. Mit diesen Informationen können Oberflächenmarkierungen wie Barcodes und aufgedruckte Texte extrahiert werden.

Für mehr Informationen zum Extrahieren kalibrierter 2D-Intensitätsbilder von einem 3D-Lasersensor finden Sie in diesem Blogpost. Mehr zu den Vorteilen von der Kombination aus 2D und 3D finden Sie in diesem White Paper.