Kombinierte 2-D- und 3-D-Inspektion auf Basis des Lichtfeldprinzips

Fraunhofer-Allianz Vision

FocusTec präsentiert eine Lösung für die kombinierte 2-D- und 3-D-Inspektion von Teilen im Produktionsprozess. Die 2-D-Inspektion, etwa eine Prüfung auf Verschmutzung, Kratzer, Lunker oder eine Druckbildkontrolle, ist durch die extrem erhöhte Tiefenschärfe auch auf gekrümmten Oberflächen möglich. Mit den 3-D-Daten kann geprüft werden, ob Vertiefungen wie z. B. Ausfräsungen, korrekt ausgeführt sind oder angefügte Teile, z. B. eingedrehte Schrauben, sich in der richtigen Lage und Position befinden. Die 2-D-Bilddaten und die 3-D-Form sind durch das Systemprinzip zuverlässig und ohne Justageaufwand miteinander verbunden. Da nur ein geringer Öffnungswinkel notwendig ist, ist auch die Inspektion innenliegender Bereiche möglich. Zudem können auch bewegte Objekte geprüft werden.

Lichtfeldprinzip

Das Inspektionssystem nutzt eine nach dem Lichtfeldprinzip arbeitende Kamera der Firma Raytrix. Durch die Platzierung eines Mikrolinsenarrays vor dem eigentlichen Kamerachip werden nicht nur die zweidimensionalen Helligkeitswerte des Bilds erfasst, sondern zusätzlich die Richtungsinformation der einfallenden Lichtstrahlen. Das Ergebnis ist ein vierdimensionaler Informationsblock. Diese vierdimensionalen Informationen ermöglichen u.a. eine Umkehrung des klassischen Fotografieprinzips: erst fokussieren, dann fotografieren, da sich aus diesen Informationen scharfe Bilder in vielen Ebenen nachträglich berechnen lassen.

Einsatzmöglichkeiten des Lichtfeldprinzips im industriellen Bereich

Eine industrielle Anwendung ist die optische Inspektion von Objekten, bei denen es durch die Produktionsbedingungen nicht möglich ist, diese in einen festen, immer gleichen Abstand zur Kamera zu bringen. Für diese Art von Aufgabenstellungen werden bislang z. B. Autofokussysteme verwendet, oder der Objektabstand muss durch zusätzliche Messinstrumente bestimmt werden. Das Lichtfeldprinzip ermöglicht hier eine robustere, schnelle Lösung ohne zusätzliche Hardware.

Die im Lichtfeld enthaltenen Schärfeebenen können auch zusammengefasst werden, wodurch man ein Bild mit einer um ein Mehrfaches erhöhten Tiefenschärfe erhält. Das ist ein signifikanter Vorteil im Bereich der Makrofotografie, d.h. wenn die zu prüfenden Objekte in der Größenordnung von Zentimetern oder kleiner sind. Hier ist die Tiefenschärfe regelmäßig ein stark einschränkender Faktor.

Auch die dreidimensionale Form des Messobjekts kann aus dem Lichtfeld rekonstruiert werden. Daneben können 3-D-Messungen auch an bewegten Objekten vorgenommen werden, da man nur eine Aufnahme benötigt. Viele auf dem Triangulationsprinzip basierende 3-D-Messmethoden erfordern die Anordnung von mehreren aktiven und passiven optischen Instrumenten, wie mindestens zwei Kameras für Stereomessungen oder Laser plus Kamera für Lasertriangulationsverfahren. Unter engen räumlichen Bedingungen ist dies oft schwierig zu realisieren, der Kalibrationsaufwand ist häufig hoch und die optischen Randbedingen für beide Systemkomponenten bestimmen die Systemleistung.

Bildquelle

  • FocusTec GmbH

Aktualisierungsdatum

15.03.2012

Anlass

8. Sonderschau Berührungslose Messtechnik zur Control 2012