Chinesische Austauschstudenten optimieren Fließband-Laserscanner

Die drei chinesischen ProjektteilnehmerInnen (v.l.n.r.) Wang Xi, Ni Siting und Minweh Kang am Serienprüfstand unter der Betreuung von Prof. Dr. Michael Schuth und Doktorand Christopher Petry (Foto: Hanka Walter)

Im Rahmen des bilateralen Abkommens von 2016 besuchten auch 2019 wieder chinesische Studierende von der UNI SSPU Shanghai die Vorlesungen im Fachbereich Technik. Ein Projektteam, bestehend aus drei Bachelorstudenten, nahm an der Wahlpflicht-Mastervorlesung „optische Messtechnik“ bei Prof. Dr. Michael Schuth teil. Neben der Vorlesung wurden auch die Zwischenpräsentationen des dazugehörigen Projektes für die chinesischen sowie deutschen Studierenden auf Englisch durchgeführt.

Nach der Einführung in die optischen Technologien konnte die chinesischen Studierendengruppe selbst aktiv werden: Ihr Projekt war die Weiterentwicklung des selbstgebauten Laserlinienscanners am Serienüberwachungsprüfstand.

Das zu Lehr- und Forschungszwecke selbst aufgebaute System besteht aus einer Industriekamera, einem Linienlaser und der in MatLab programmierten Auswertesoftware.

Das Messprinzip des Laserscanners beruht auf der Triangulation. Durch die winklige Lage des Linienlasers zur Kamera wird die Laserlinie aus Kamerasicht (hier) nach rechts verzerrt, sobald ein dreidimensionales Objekt untergelegt wird. Die Kamera erfasst diese Verzerrung und Abweichung von der Nulllinie zeilenförmig und kann daraus die Form des Messobjektes berechnen. Das Messobjekt wird mittels des Fließbandes am Serienüberwachungsprüfstand mit konstanter Geschwindigkeit unter der Laserlinie durchgeführt, wobei die Kamera fortlaufend Bildaufnahmen der aktuellen Laserlinienverzerrung macht. Nach der Auswertung aller Bilder erhält man das dreidimensionale Messergebnis der Objektform.

Im Rahmen des Projekts der chinesischen Austauschstudenten wurden die Gesamtsystemaufbau- sowie vor allen Dingen die Kameraparameter für die Anwendung am Fließband erfolgreich optimiert:

1. Der Triangulationswinkel wurde mit ca. 25 ° so gewählt, dass der Kamera- und Laserfokus für den gesamten Höhenmessbereich des Aufbaus optimal ist.
2. Ein passender Laserfilter (635 nm) wurde an der Kamera installiert, sodass es keine Störeinflüsse mehr durch Fremdlicht gibt.
3. Das passende Verhältnis zwischen lateraler Kameraauflösung und Kamerataktzeit wurde so eingestellt, dass das Messergebnis ein nahezu gleiches Maß an lateraler Messgenauigkeit und Tiefenmessgenauigkeit aufweist. Hierzu wurde die Kameraauflösung mittels „Pixelbinning“ geviertelt und die Auswertematrix durch setzten einer ROI (region of interest) reduziert. Dies erlaubte eine Erhöhung der Kamerataktzeit von regulären 50 Hz auf knapp 200 Hz, wodurch die Messauflösung in der Verfahrachse stark verbessert wurde.
4. Durch Ausarbeitung und Dokumentation eines anwendungsorientierten Kalibriervorgangs können die Messergebnisse nun mit quantifizierbaren Werten beziffert werden.

Insgesamt ist das System nun in der Lage, 3D Formergebnisse in sehr kurzer Zeit mit hoher Genauigkeit zu erfassen, dies auch bei komplexen Messobjekten und schwierigen Oberflächen (z. B. metallisch-glänzend, lichtabsorbierend / schwarz usw.). Die ca. 200 mm große Buddha Statue wird am Fließband nun innerhalb von nur 2 Sekunden vollständig vermessen. Die Tiefenauflösung der Messung beträgt dabei bis zu 0,1 mm.

Der Laserscanneraufbau am Fließband

Oben: Messobjekt Buddha-Statue mit verzerrter Laserlinie | Mitte: Form-Messergebnis in Farbdarstellung | Unten: rotiertes Formergebnis mit Detailansicht des Gesichts bei angepasster Farbskala