Messarme
OnyxAceMessarme
mit 3D-Scannern
Onyx SkylineAce Skylinemit 3D-Scannern
Im Kern basiert das 3D-Scannen mit einem Laserscanner auf einem einfachen, aber genialen Prinzip, dem Lasertriangulationsverfahren. Durch das Verfahren ist es möglich dreidimensionale Messungen von Objekten durch Scannen mit Laserlicht vorzunehmen.
Das Prinzip der Lasertriangulation funktioniert durch die Kombination eines Lasers und einer Kamera. Ein Laserstrahl wird auf die Oberfläche des Objekts projiziert und eine Kamera erfasst das reflektierte Licht. Durch das Wissen um die Winkel und die Distanz zwischen dem Laser und der Kamera, berechnet das System die genauen Koordinaten auf der Oberfläche des Objekts mithilfe einer trigonometrischen Beziehung.
Fortschrittliche 3D-Scanner wie die Kreon-Scanner, die für Messungen nach dem Lasertriangulationsverfahren entwickelt wurden, gewährleisten eine zuverlässige Datenerfassung der exakten Form sowie den Merkmalen der Komponenten mit bemerkenswerter Genauigkeit – alles dank eines Laserstrahls.
Dies ermöglicht es den Herstellern, ihre Ziele in Bezug auf Qualitätskontrolle und Produktentwicklung in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen mit Zuversicht zu erreichen.
Der Begriff "Triangulation" im Kontext des 3D-Scannens bezieht sich auf zwei Hauptaspekte:
1. Die Systemkonfiguration: Die Komponenten des Systems, zu denen die Laserquelle (1), die Kamera (2) und die Laserlinie (3) auf dem zu digitalisierenden Objekt gehören, sind so angeordnet, dass sie die drei Punkte eines Dreieckes bilden.
2. Das mathematische Prinzip: Die Methode verwendet Prinzipien, die auf ähnlichen Dreiecken basieren. Dies beinhaltet die Verwendung von Beziehungen und Verhältnissen der Dreiecke mit trigonometrischen Berechnungen, um die in der digitalen Bildaufnahme erfassten 2D-Informationen in reale 3D-Koordinaten umzuwandeln.
In der 3D-Scantechnologie basierend auf dem Lasertriangulationsverfahren sind die bekannten Parameter, die Länge einer Seite des Dreiecks, der Abstand zwischen der Kamera und dem Lasertransmitter, sowie der Winkel, der zwischen dem Laseremitter und der Kamera gebildet wird. Die Präzision des Scanners ist an die Genauigkeit der Messung von Abstand und Winkel zwischen dem Laseremitter und der Kamera gebunden und daran, wie konsistent diese Parameter im Laufe der Zeit während des Betriebs des Scanners beibehalten werden. Darüber hinaus hängt die Präzision des Scanners von der Auflösung des Kamerasensors ab.
Durch die Beobachtung der Position des Laserpunktes im Sichtfeld der Kamera kann der Winkel von der Kameraseite bestimmt werden. Diese drei Parameter definieren die Form und Dimensionen des Dreiecks und lokalisieren die Position des Laserpunktes.
Das Bild unten zeigt, wie die Kamera die Laserlinie wahrnimmt. Die Linie erscheint verzerrt, basierend auf der Form der Oberfläche des Objekts. Die Y-Koordinate eines Punktes auf der Laserlinie im Bild nimmt mit der Höhe des entsprechenden Punktes auf dem Objekt zu.
Hier ist der Schritt-für-Schritt-Prozess erklärt:
1. Eine Laserlinie wird vertikal auf das zu digitalisierende Objekt projiziert.
2. Eine Kamera, die unter einem Winkel (θ) zum Laserstrahl geneigt ist, filmt die Szene, um die Position des Objekts zu bestimmen.
3. Die digitalisierte Linie wird in eine Reihe von 2D-Punkten mit einer gemeinsamen Abszisse umgewandelt.
4. Beim Bewegen des Scanners erfasst die Kamera eine neue Laserlinie nach der anderen, und so weiter, wodurch eine Reihe von Laserlinien entsteht, die sich überlappen können, um die gesamte Form des Objekts in 3D zu bilden.
Die genaue Positionierung des Scanners in einem 3D-Arbeitsbereich ist entscheidend, um die Scanlinien effektiv zu platzieren. Dies erfordert ein umfassendes Verständnis der Position des Scanners innerhalb des Arbeitsbereichs.
Der Hauptansatz, um dies zu erreichen, ist die Verwendung eines externen Positionierungssystem wie beispielsweise einen Messarm oder eine Koordinatenmessmaschine (KMG), die für hochpräzise Messungen unabhängig verwendet werden können.
Die Frequenz des Scanners bestimmt die Geschwindigkeit der Linienerfassung. Je höher die Frequenz, desto kleiner der Abstand der Linien und desto schneller kann sich der Bediener bewegen.
Um eine umfassende Abdeckung und Genauigkeit zu gewährleisten, können mehrere Scans aus verschiedenen Winkeln oder Positionen in Bezug auf das Objekt durchgeführt werden. Die Daten mehrerer Scans werden ausgerichtet und zu einer einzelnen Punktwolke zusammengeführt, die die genauen räumlichen Koordinaten der Punkte auf der Oberfläche des Objekts darstellt.
Die Daten der Punktwolken werden verarbeitet, um die Oberflächengeometrie des Objekts in drei Dimensionen zu rekonstruieren. Möglicherweise unter Generierung einer Mesh-Oberfläche. Die endgültige Ausgabe des Scanprozesses ist ein digitales Modell des Objekts, welches für verschiedene Anwendungen wie Inspektion, Qualitätskontrolle, Reverse Engineering oder digitale Erhaltung von Kunstwerken verwendet werden kann.
Das Laserscanning bietet in verschiedenen Branchen erhebliche Vorteile. In der Fertigung gewährleistet es eine Präzision im Mikrometerbereich für Qualitätskontrolle, die Fehlererkennung und die Überprüfung komplexer Geometrien. Die Automobilindustrie nutzt Laserscanner zur Validierung von Bauteilen und zur Inspektion von Werkzeugen, um die Entwicklung zuverlässigerer und sichererer Fahrzeuge zu unterstützen. Luft- und Raumfahrt-Ingenieure verlassen sich auf das Laserscanning für zerstörungsfreie und kontaktlose Tests, um komplexe Details und große Baugruppen zu erfassen, ohne empfindliche Komponenten zu beschädigen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die 3D-Scantechnologie basierend auf dem Lasertriangulationsverfahren unglaublich präzise und nützlich ist, um industrielle Bauteile in ihren kleinsten Details zu messen und zu erfassen. Sie hilft den Industrien präzise zu sein, schneller zu arbeiten und zuverlässige Daten für Analyse und weitere Umsetzungen zu erhalten. Diese Technologie wird auf viele Arten genutzt und verbessert sich ständig, wodurch industrielle Projekte beschleunigt werden, um deren Produktivität zu maximieren.
