Nicht jede Delle oder Unebenheit in der Fahrzeugkarosse ist für das menschliche Auge sichtbar. Ein tragbarer 3D-Scanner hingegen macht Unsichtbares sichtbar, indem er zur akkuraten und schnellen Messung eine Monochromkamera mit VGA-Auflösung und 125 fps Bildrate verbaut.

3D-Scanning wird immer häufiger zur Qualitätsprüfung in der Industrie eingesetzt. Mit dieser Technologie können Bauteile genau vermessen und Fehler in deren Geometrie automatisch entdeckt werden. Die dreidimensionale Erfassung erfolgt meist über eine oder mehrere Kameras in Kombination mit einer Laser- oder Lichtprojektion. Die Systeme sind meist in Kabinen oder an Robotern und Maschinen fest installiert. Oft ist es aufwändig, sie zu programmieren und zu kalibrieren, oder sie liefern Daten, die erst nach umfangreicher Nachbearbeitung brauchbare Informationen liefern.
Das Unternehmen 8tree hat sich seit 2012 auf die Entwicklung von kompakten, tragbaren Scan-Systemen für die Oberflächeninspektion spezialisiert. Diese Systeme sind für bestimmte Prüfaufgaben spezifiziert und intuitiv zu bedienen. Die Produktpalette besteht derzeit aus drei Modellen: DentCheck, FastCheck und GapCheck:
• Mit DentCheck lassen sich Beulen oder Dellen an beliebigen Produktoberflächen erfassen – zum Beispiel auf einer Fahrzeugkarosserie.
• FastCheck wurde speziell für die Prüfung von sogenannten Fastenern in der Luftfahrtindustrie entwickelt, also den tausenden von Nieten, die die Rumpfteile eines Flugzeugs zusammenhalten. Jede einzelne Niete muss geprüft werden. Das System prüft in einem Vorgang alle Befestigungen im erfassten Bereich auf ihre Bündigkeit. Zudem erkennt es fehlerhafte Nieten sowie die Art des Fehlers: zu tief, zu hoch, schräg eingesetzt, etc.
• GapCheck wiederum misst die Spaltmaße zwischen zwei Bauteilen – etwa im Fahrzeugbau. Der Scanner prüft die Gleichmäßigkeit des Spalts sowie die Bündigkeit der beiden Oberflächen. Hierzu werden bis zu 30 Kontrollpunkte pro Vorgang gemessen.

Projektion von Digitalkamera erfasst
Der Scanner ist in einem kleinen Koffer untergebracht, der auf einem Stativ montiert werden kann. Durch seine kompakten Abmessungen und das geringe Gewicht (< 3,5 kg) lässt sich das Gerät einfach transportieren, bedienen und aufstellen. Alle Komponenten sind in diesem Gehäuse integriert: Projektor, Kamera, Computer, Batterie. Das System arbeitet autonom und braucht keinen Anschluss etwa zu einem Computer oder einem Display. Aufgrund des eingebauten Akkus funktioniert es zudem ohne Stromversorgung.
Die Flexibilität des Scanners beruht auf folgenden Idee: Der eingebaute Projektor wird neben dem Projizieren des strukturierten Lichtmusters auch zur Darstellung der Messergebnisse auf der geprüften Oberfläche verwendet. Das Messverfahren gleicht dem eines üblichen 3D-Scanners mit strukturiertem Licht: Innerhalb von 0,1 Sekunden wird eine Abfolge von Streifenrastern auf das Prüfobjekt projiziert. Die Projektion wird von einer Digitalkamera erfasst, deren Bilder von einer Bildverarbeitungs-Software analysiert werden. Die Verformungen des Rasters auf dem Objekt liefern präzise Informationen zur Oberflächenbeschaffenheit, sodass Unebenheiten, Dellen und Beulen mit einer Genauigkeit von 50 µm erkannt und vermessen werden können.
Innerhalb weniger Sekunden liegen dann die Messergebnisse vor, die direkt auf das Objekt projiziert werden. Befindet sich eine Unebenheit auf der Oberfläche – etwa eine Beule – wird sie farblich markiert. So erkennt der Anwender sofort, ob es Fehler gibt, wo sie sich befinden und um was für Fehler es sich handelt. Anhand eines Farbcodes zeigt das System, ob zum Beispiel die Delle in einem Blechteil nach innen oder nach außen eingedrückt ist. Schließlich werden genaue Messwerte wie Durchmesser und Tiefe der Beule als Textinformation angezeigt. Zur weiteren Bearbeitung können die detaillierten Messergebnisse in verschiedene Datenformate exportiert werden.
Bedient wird der Scanner ähnlich einem Fernseher oder Projektor mit einer kleinen Fernbedienung über wenige Knöpfe und projizierte Menüs. Die Bildverarbeitungs-Software ist für die jeweiligen Produkte unterschiedlich und auf deren Aufgaben abgestimmt. Die drei Scanner-Modelle von 8tree basieren auf der OpenCV-Bibliothek. Wie bei der Hardware ist die gesamte Software zur Messung und Bedienung des Systems in dem Gerät vorinstalliert, sodass es Plug&Play-fähig ist.

Stärke des Systems: Echtzeitmessung
Bei der Entwicklung seiner 3D-Scanner wendete sich 8tree an Allied Vision, um die optimale Kameralösung zu finden. Eine besondere Stärke des Systems ist die Messung nahezu in Echtzeit: In zwei Sekunden wird das Objekt gescannt, die Bilder analysiert und die Ergebnisse dargestellt. „Dazu brauchten wir eine leistungsstarke Digitalkamera, die nicht nur hohe Bildqualität liefert, sondern auch mindestens 100 Bilder pro Sekunde erfassen kann“, erinnert sich Erik Klaas, Mitgründer und Entwicklungsleiter von 8tree.
In Zusammenarbeit mit Allied Vision suchte Erik Klaas die Manta G-031B aus, eine Monochromkamera mit VGA-Auflösung und 125 fps Bildrate. Diese Kamera ist mit einem hochempfindlichen CCD-Sensor von Sony und einem Gigabit-Ethernet-Interface ausgestattet. Mit ihrer hohen Bildrate erfasst sie die vom menschlichen Auge kaum sichtbare Abfolge von Messrastern, die das System auf das Prüfobjekt projiziert.