Innovativer 3D-Scanner setzt auf schnelle Manta-Kamera von Allied Vision

8tree‘s tragbarer 3D-Scanner ermöglicht eine schnelle und einfache Oberflächeninspektion in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Zur akkuraten und schnellen Messung trägt eine Manta-Digitalkamera von Allied Vision bei.

3D-Scanning wird immer häufiger zur Qualitätsprüfung in der Industrie eingesetzt. Mit dieser Technologie werden Bauteile genau vermessen und Fehler in deren Geometrie automatisch entdeckt. 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 kalibrieren, oder sie liefern Daten, die erst nach umfangreicher Nachbearbeitung brauchbare Informationen liefern.

8tree ist ein junges Unternehmen, das sich seit 2012 auf die Entwicklung von kompakten, tragbaren Scan-Systemen für die Oberflächeninspektion spezialisiert hat. Diese Systeme sind für bestimmte Prüfaufgaben spezifiziert und sind einfach und intuitiv zu bedienen.

Die Produktpalette besteht derzeit aus drei Modellen: dentCHECK, fastCHECK und gapCHECK.

  • Mit dentCHECK lassen sich Beulen oder Dellen an jeder beliebigen Produktoberfläche erfassen – zum Beispiel auf einer Fahrzeugkarosserie. Das System erkennt und misst Unebenheiten mit einer Präzision und Schnelligkeit, die für Menschen unerreichbar wäre.
  • fastCHECK wurde speziell für die Prüfung von sogenannten „Fastenern“ in der Luftfahrtindustrie entwickelt. Dort muss zum Beispiel jede einzelne Niete am Rumpf geprüft werden. fastCHECK prüft in einem Vorgang alle Befestigungen im erfassten Bereich auf (ihre) Bündigkeit. Das System erkennt nicht nur fehlerhafte Nieten, sondern auch 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 nicht nur die Gleichmäßigkeit des Spalts, sondern auch die Bündigkeit der beiden Oberflächen. Hierzu werden bis zu 30 Kontrollpunkte pro Vorgang gemessen.


Einfach genial: Projektion für Messraster und User-Interface
Der Scanner präsentiert sich als kleiner Koffer, der auf einem Stativ montiert werden kann. Dank kompakter Abmessungen und des geringen Gewichts (unter 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 ist völlig autonom und braucht keinen Anschluss etwa zu einem Computer oder einem Display. Dank des eingebauten Akkus funktioniert es sogar ohne Stromversorgung.

Das Geheimnis seiner Flexibilität beruht auf einer einfachen und zugleich genialen Idee: Der eingebaute Projektor wird nicht nur zum Projizieren des strukturierten Lichtmusters verwendet, sondern auch zur Darstellung der Messergebnisse direkt auf der geprüften Oberfläche.

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: Unebenheiten, Dellen und Beulen können mit einer Genauigkeit von 50 µm erkannt und vermessen werden.

Binnen Sekunden liegen die Messergebnisse vor. Sie werden direkt auf das Objekt projiziert: Befindet sich eine Unebenheit auf der Oberfläche – etwa eine Beule –, wird sie farblich markiert. So kann der Anwender sofort erkennen, ob es Fehler gibt, wo sie sich befinden, und um was für Fehler es sich handelt. Anhand eines Farbcodes zeigt das System nämlich, ob z.B. 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.

Dadurch ist die Bedienung der 8tree-Scanner ausgesprochen einfach und intuitiv. Zur weiteren Bearbeitung können die detaillierten Messergebnisse in verschiedene Datenformate exportiert werden.
Auch die Bedienung des Systems ist besonders benutzerfreundlich. Der Scanner wird ähnlich einem Fernseher oder Projektor mit einer kleinen Fernbedienung über wenige Knöpfe und projizierte Menüs gesteuert.

Die Bildverarbeitungssoftware ist für die jeweiligen Produkte unterschiedlich und auf deren Aufgaben abgestimmt. dentCHECK, fastCHECK und gapCHECK sind Eigenentwicklungen von 8tree basierend auf der OpenCV Bibliothek. Wie bei der Hardware ist die gesamte Software zur Messung und Bedienung des Systems in dem Gerät vorinstalliert, sodass es absolut „plug-and-play“ ist.

Innovation mit Technologie von Allied Vision
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 nur 2 Sekunden wird das Objekt gescannt, werden 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 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 mühelos die vom menschlichen Auge kaum sichtbare Abfolge von Messrastern, die das System auf das Prüfobjekt projiziert.

„Wir haben eine sehr enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit Allied Vision. Diese ist aber mit der Fertigstellung und Markteinführung der ersten drei Scanner-Modelle nicht beendet: Wir entwickeln unser  System kontinuierlich weiter und testen neue Sensoren und Kameramodelle von Allied Vision. So wollen wir zum Beispiel in Zukunft mit höherer Auflösung die Präzision weiter steigern bzw. größere Flächen pro Messung erfassen und mit höheren Bildraten die Messzeit noch reduzieren“, so Klaas.

Darüber hinaus analysiert 8tree weitere potentielle Anwendungsgebiete für seine Scanner-Technologie. So könnten in Zukunft neben dentCHECK, gapCHECK und fastCHECK neue Modelle für andere Aufgaben und andere Branchen entstehen.

Die Markteinführung des neuartigen Scanners war sehr erfolgreich. So konnte 8tree bereits mehrere Systeme an Airbus in Deutschland und Großbritannien verkaufen, um die korrekte Position der Befestigungen an Flugzeugtragflächen zu kontrollieren. So trägt die innovative Messtechnik dazu bei, die Sicherheit von Flugzeugen zu gewährleisten.