Definition

Dreidimensionale (3D)-Bildverarbeitungssysteme dienen zur berührungslosen dreidimensionalen Prüfung und geometrischen Vermessung von Objekten auf optischer Basis. Die Erfassung der dreidimensionalen Abstandsbilder erfolgt durch spezielle 3D-Kamerasensoren. Die Beleuchtung kann mit Laserlicht oder mit phasenmodulierten LED-Beleuchtungen erfolgen, indem Punkte, Linien, parallele Streifen oder Gittermuster auf die Oberfläche des Messobjekts projiziert und von einer Kamera unter einem schrägen Betrachtungswinkel erfasst werden. Nach dem Triangulationsprinzip kann die Auswerteeinheit durch eine Auswertesoftware mit speziellen 3D-Algorithmen einen 3D-Datensatz der Objektoberfläche errechnen. Zusätzlich können Handhabungs- und Positioniersysteme für die Kamera oder das Messobjekt vorhanden sein.

Funktionsprinzip

Bei der Beleuchtung mit Laser wird die Messobjektoberfläche entweder mit einem Laserstrahl durch Scannen Stück für Stück punktweise beleuchtet oder der Laserstrahl wird nach dem Lichtschnittverfahren zu einer Linie aufgeweitet auf das Messobjekt projiziert. Die Kamera nimmt synchronisiert zur Beleuchtung das reflektierte Licht dieser Linien aus einem versetzten Blickwinkel auf, bei dem die Abweichungen von der geraden Linie dem Höhenverlauf des Objekts entsprechen. Nach dem Lichtschnittverfahren als 2D-Triangulationsprinzip kann aus dem bekannten Winkel des Lichtstrahls zur Achse der Kamera das Höhenprofil berechnet werden. Durch die Bewegung des zu prüfenden Objekts relativ zur Kamera, die ein separater Encoder als Wegaufnehmer misst, werden die einzelnen Profile Stück für Stück erfasst und zu einer dreidimensionalen Abbildung zusammengerechnet. 
Nach einem anderen Verfahren wird ein engmaschiges paralleles Linien- oder Gittermuster von einer phasenmodulierten Beleuchtung mit einem bestimmten Helligkeitsverlauf auf das Messobjekt projiziert, was während einer Messung mehrfach wiederholt wird. Dabei entspricht eine Linie dem 2D-Höhenprofil der Oberfläche. Durch die Bestimmung der Phasen der Beleuchtung mit Hilfe spezieller Auswertalgorithmen kann durch die Auswertung aller Aufnahmen der Abstand der einzelnen Höhenprofile zueinander exakt ermittelt werden. Anschließend werden aus den Höhenprofilen und Abständen der Profile vom Auswerte-PC die dreidimensionalen Koordinaten der Oberfläche errechnet.

Einsatzbereich

3D-Bildverarbeitungssysteme werden zur automatisierten dreidimensionalen Messung und Prüfung von Objekten eingesetzt. Die 3D-Bildverarbeitung dient für alle Prüfungen der Geometrie wie z. B. auch kombinierte Prüfungen von Bauteilen oder Baugruppen auf Form- und Maßhaltigkeit, die Anwesenheitsprüfung und Lageerkennung. Anwendungen sind die Führung und Feinpositionierung von Robotern, Handhabungs- und Pick-and-Place-Systemen. Prüfaufgaben sind z. B. die Kontrolle von Kleberaupen, die automatisierte optische Inspektion von Leiterplatten, die Bestückungskontrolle oder Qualitätskontrolle von elektronischen Bauelementen und Baugruppen, die Prüfung von umgeformten und tiefgezogenen Produkten sowie von Spritzgussteilen. Anwendungsbereiche finden sich im internen Betriebsmittelbau von Anlagenbetreibern sowie beim Sondermaschinenbau für Montage-, Mess- und Prüfanlagen.