3D-Technologien auf dem Vormarsch ... - GIT Verlag
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VISIOn<br />
Informationen aus der Punktwolke<br />
Scorpion kombiniert 2D- und <strong>3D</strong>-Bildverarbeitung für die automatische Inline-Prüfung<br />
Die Zuverlässigkeit eines Autos<br />
hängt von der Qualität vieler einzelner<br />
Komponenten ab. Neben<br />
den Motorkomponenten, Airbag-,<br />
Gurtsystemen und der für die<br />
Sicherheit zuständigen Fahrzeugelektronik<br />
kommt der Qualität der<br />
Fahrwerkskomponenten eine wesentliche<br />
Bedeutung zu. Für die<br />
vollautomatische 100 % Prüfung<br />
von Querlenkern ist insbesondere<br />
die Kontrolle der korrekten <strong>3D</strong>-Positionierung<br />
zweier Lagerbuchsen<br />
eine technische Herausforderung.<br />
Die herkömmliche Prüfung<br />
eines fertig montierten Querlenkers<br />
wurde bisher mit einer<br />
mechanischen Prüflehre<br />
durchgeführt. Dazu musste<br />
der Querlenker von Hand in<br />
einer speziellen Prüfvorrichtung<br />
eingespannt werden.<br />
Alle Messungen wurden manuell<br />
durchgeführt und verursachten<br />
einen hohen Zeit<strong>auf</strong>wand.<br />
Der Umbau <strong>auf</strong> eine vollautomatisierteMontageanlage<br />
erfordert jedoch eine automatische<br />
InlinePrüfung<br />
der <strong>3D</strong>Daten. Dafür wird der<br />
Querlenker über einen Werkstückträger<br />
vorpositioniert.<br />
Die neue Prüfung beinhaltet<br />
sowohl die automatische Umschaltung<br />
für rechte bzw.<br />
linke Querlenker als auch für<br />
unterschiedliche B<strong>auf</strong>ormen.<br />
<strong>3D</strong>-Prüfsystem mit kompletter<br />
Steuerungsfunktion<br />
Das entscheidende Element in<br />
der Prüfeinheit ist das Scorpion<br />
<strong>3D</strong>KameraSystem, bestehend<br />
aus drei AVT Guppy<br />
Firewire Kameras, der LED<br />
Beleuchtung und einem Laser<br />
mit 9x9 Punktraster. Die Prüfung<br />
des Querlenkers erfolgt<br />
unter einem Betrachtungswinkel<br />
von 45 °. Dadurch ist<br />
das System in der Lage, auch<br />
die senkrecht zum Querlenker<br />
befindliche Position der Lagerbuchse<br />
zu vermessen.<br />
Eine ZweiAchsPositioniereinheit<br />
(Toshiba Cartesian<br />
Robot) bewegt das <strong>3D</strong>Kamerasystem<br />
während eines Messzyklus<br />
an sieben verschiedene<br />
Positionen zur Aufnahme von<br />
insgesamt 19 Bildern. Das<br />
ScorpionSystem übernimmt<br />
dabei die komplette Steuerung<br />
der Positioniereinheit. Die im<br />
System verwendete Scriptsprache<br />
‚Python‘ ermöglicht die<br />
schnelle Realisierung von<br />
Schnittstellen und Anpassungen<br />
innerhalb Scorpion ohne<br />
die Verwendung traditioneller<br />
Entwicklungstools und stellt<br />
hier die Schnittstelle zur Positioniereinheit<br />
zur Verfügung.<br />
In ähnlicher Weise wird die<br />
LEDBeleuchtung und das Laserraster<br />
über ein weiteres<br />
Python Script und ein I/OModul<br />
des ScorpionPC angesteuert.<br />
Damit werden die Lichtquellen<br />
an jeder Messposition<br />
individuell geschaltet. Die<br />
Schnittstelle zur gesamten Anlagensteuerung<br />
wurde über<br />
OPC und ProfiBus realisiert.<br />
Zweistufige Kalibrierung<br />
Das System läuft <strong>auf</strong> einem<br />
IndustriePC unter Windows<br />
XP. Alle 19 Bilder inkl. <strong>dem</strong><br />
errechneten <strong>3D</strong>Modell werden<br />
<strong>auf</strong> der ScorpionBedien<br />
Prüfzelle mit<br />
<strong>3D</strong>-Kamerasystem<br />
oberfläche dargestellt. Die<br />
komplette Messsequenz wird<br />
über die integrierte Abl<strong>auf</strong>steuerung<br />
kontrolliert.<br />
Zur Erstellung der <strong>3D</strong><br />
Punktwolke projiziert der Laser<br />
ein Punktraster <strong>auf</strong> das<br />
Bauteil. Die LED Beleuchtung<br />
sorgt für die notwendigen<br />
Lichtverhältnisse bzw. den<br />
Kontrast für die weiteren 2D<br />
und <strong>3D</strong>Mess<strong>auf</strong>gaben.<br />
Alle Kameras werden individuell<br />
in einem zweistufigen<br />
Prozess kalibriert. Im<br />
ersten Schritt wird mit Hilfe<br />
eines 2DKalibriermusters<br />
die Verzeichnung der Objektive<br />
eliminiert und anschließend<br />
eine <strong>3D</strong>Kamerakalibrierung<br />
mit Hilfe von 10<br />
definierten Punkten (y, x, z)<br />
eines <strong>dem</strong> Bildfeld angepassten<br />
Kalibrierkörpers durchgeführt.<br />
Das Resultat ist ein<br />
hochgenaues <strong>3D</strong>Kamera<br />
Modell.<br />
Die Bildverarbeitung für<br />
diese Prüf<strong>auf</strong>gabe wird mit<br />
den standardmäßig vorhandenen<br />
2D und <strong>3D</strong>Werkzeugen<br />
der Vision Software Scorpion<br />
wie folgt umgesetzt:<br />
Erstellen eines <strong>3D</strong>Bildes<br />
aus <strong>dem</strong> Laserpunktraster<br />
an<br />
zwei Positionen <strong>auf</strong> ebenen<br />
Flächen des Querlenkers,<br />
zwei Positionen der am<br />
Querlenker montierten<br />
Lagerbuchsen.<br />
Ermitteln der <strong>3D</strong>Ebenen<br />
Ermitteln einer <strong>3D</strong><br />
Ebene <strong>auf</strong> <strong>dem</strong> Querlenker,<br />
Ermitteln einer <strong>3D</strong>Ebene<br />
<strong>auf</strong> der Lagerbuchse,<br />
Berechnung des Winkels<br />
der beiden Ebenen<br />
zueinander.<br />
Erstellen eines <strong>3D</strong>Koordinatensystems<br />
in der Ebene<br />
der Lagerbuchsen<br />
2DLokalisierung der<br />
Lagerbuchsen,<br />
Ermitteln von <strong>3D</strong>Daten<br />
mit drei Kameras,<br />
Vermessen des <strong>3D</strong>Abstandes<br />
zwischen den<br />
Buchsen.<br />
Die Fähigkeit, 2D und <strong>3D</strong><br />
Mess<strong>auf</strong>gaben miteinander zu<br />
kombinieren, ist hier von entscheidender<br />
Bedeutung be<br />
58 In s p e c t 4/2008 www.inspect-online.com<br />
Quelle: Flickr, jpstanley
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