Was ist ein 2D-/3D-Profilsensor?
Die 2D-/3D-Profilsensoren der weCat3D-Serie ermöglichen die schnelle und hochpräzise Vermessung von Konturen und Oberflächen in unterschiedlichen Anwendungsbereichen, wie der Qualitätssicherung, der Inspektion oder der Roboterführung in der industriellen Fertigung. Die Sensoren eignen sich für Anwendungen, die eine sehr hohe Genauigkeit und eine konstante Geschwindigkeit erfordern. Die 2D-/3D-Profilsensoren von wenglor nutzen das Prinzip der Lasertriangulation, um detaillierte 2D-Höhenprofile und 3D-Punktewolken zu erzeugen.
Wie funktionieren 2D-/3D-Profilsensoren?
2D-/3D-Profilsensoren arbeiten nach dem Prinzip der Lasertriangulation. Bei diesem Verfahren projiziert der Sensor eine Laserlinie auf das Messobjekt. Die Reflexion des Laserstrahls trifft in einem bestimmten Winkel, dem Triangulationswinkel, auf die im Sensor integrierte Kamera. Durch die Abbildung der Laserreflexion auf den Bildchip und den bekannten Triangulationswinkel zwischen Kamera und Lasermodul kann die Höhe und Tiefe des Objekts an verschiedenen Punkten entlang der Linie bestimmt werden. Daraus wird dann ein genaues 2D-Höhenprofil des Objekts erstellt. Durch die Bewegung des Sensors bzw. des Messobjektes entlang der Y-Achse und die kontinuierliche Aufnahme von 2D-Höhenprofilen werden 3D-Punktewolken erzeugt.
Erstellung und Auswertung von 2D-Höhenprofilen
Jede Abbildung wird in eine Matrix aus Spalten und Zeilen aufgeteilt, wobei der X-Wert der horizontalen Position auf dem Bildsensor entspricht. Der Y-Wert gibt die Höhe bzw. Tiefe des jeweiligen Punktes auf der Objektoberfläche an. Mit diesen Abstandsinformation werden präzise 2D-Höhenprofile des Messobjekts erzeugt.
Die Abbildung der Laserlinie auf dem Bildchip stellt die Profilinformationen entlang der Laserlinie auf dem Objekt dar.
Generierung und Visualisierung von 3D-Punktewolken
Die einzelnen 2D-Höhenprofile werden mit Hilfe von Software-Algorithmen zu einer Punktwolke zusammengesetzt, die die dreidimensionale Oberfläche des Objekts darstellt. Jeder Punkt in der Punktewolke hat x-, y- und z-Koordinaten. Die Koordinaten X und Y geben die horizontale und vertikale Position eines Punktes auf der Laserlinie an. Die z-Koordinate repräsentiert die Höhe oder Tiefe eines Punktes auf dem Objekt.
In der Animation wird die aus den 2D-Höhenprofilen generierte 3D-Punktewolke gezeigt. Die roten, gelben und grünen Flächen liegen höher (näher am Sensor), während die blauen Flächen den tiefsten Objektpunkt signalisiert.
Welche Varianten von 2D-/3D-Profilsensoren gibt es?
Die 2D-/3D-Profilsensoren gibt es in drei Ausführungen, als Smart Sensor, Sensor mit Machine Vision Controller und Sensor mit Software Development Kit (SDK)/GigE-Vision-Schnittstelle. Je nach Anwendung kann die entsprechende Variante ausgewählt werden.
2D-/3D-Profilsensoren + Smart
Die wenglor Bildverarbeitungssoftware uniVision läuft auf dem Sensor, d. h. Bildaufnahme und -verarbeitung erfolgt direkt auf dem Sensor. Da kein zusätzlicher Machine Vision Controller benötigt wird, reduziert sich der Verkabelungsaufwand und die Integration auf engstem Raum oder am Roboter wird erleichtert.
Ein smarter Profilsensor eignet sich für statische und zeitunkritische Anwendungen, die hohe Profilqualität sichert zuverlässige Ergebnisse.
Ein smarter Profilsensor eignet sich für statische und zeitunkritische Anwendungen, die hohe Profilqualität sichert zuverlässige Ergebnisse.
2D-/3D-Profilsensoren + Machine Vision Controller
Der 2D-/3D-Profilsensor arbeitet als Profilgenerator und sendet die aufgenommenen 2D-Höhenprofile zur Verarbeitung an den Machine Vision Controller. Der Sensor gewährleistet die Aufnahme qualitativ hochwertiger Profile bei verschiedenen Anwendungen. Die wenglor Bildverarbeitungssoftware uniVision läuft performant auf dem Machine Vision Controller.
Mit dieser Kombination können Anwendungen mit hohen Messraten und mit komplexen Messungen gelöst werden.
Mit dieser Kombination können Anwendungen mit hohen Messraten und mit komplexen Messungen gelöst werden.
2D-/3D-Profilsensoren + SDK/GigE
Der 2D-/3D-Profilsensor arbeitet als Profilgenerator und der Anwender verwendet hierbei seine eigene Software. Die Daten des 2D-/3D-Profilsensors können über das SDK abgefragt oder über die standardisierte GigE-Vision-Schnittstelle übertragen werden.
Durch die vom SDK zur Verfügung gestellte Library können Anwender individuelle und kundenspezifische Anwendungen realisieren.
Durch die vom SDK zur Verfügung gestellte Library können Anwender individuelle und kundenspezifische Anwendungen realisieren.
2D-/3D-Profilsensoren mit der Software uniVision
Ob mit einem smarten 2D-/3D-Profilsensor oder mit einem 2D-/3D-Profilsensor und Machine Vision Controller – mit der Bildverarbeitungssoftware uniVision lassen sich die Daten von zweidimensionalen Höhenprofilen effizient verarbeiten. In der Software stehen dem Anwender zahlreiche Bildverarbeitungsmodule zur Verfügung, mit denen sich digitale Aufgaben der industriellen Bildverarbeitung schnell, einfach und flexibel lösen lassen.
Parametrierbare Standardsoftware
- Standardsoftware für Smart Cameras, Visionsysteme und 2D-/3D-Sensoren
- In wenigen Schritten zur fertigen Vision-Anwendung dank einfacher und intuitiver Software
- Keine Programmierkenntnisse nötig
- Reduktion von Support-, Schulungs- und Einarbeitungsaufwand dank einer gemeinsamen Software
- Modulare, flexible und erweiterbare Hard- und Software
Hohe Nutzerfreundlichkeit
- Schnelle und einfache Einrichtung
- Keine Programmierkenntnisse erforderlich
- Templates, Assistant & Tutorials erleichtern die Bedienung
- Teach+-Software ermöglicht orts- und zeitunabhängigen Support
- TeamViewer bietet Möglichkeit für Online-Support
Vielfältige Algorithmen
- Modularer Aufbau der Software mit Werkzeugkasten
- Individuelle Gestaltung des Projekts
- Ähnliche Algorithmen für Bilder und für Höhenprofile
- Algorithmen sind lauffähig auf unterschiedlichen Plattformen (z. B. Modul Messen läuft auf Smart Camera und auf Visionsystem)
Zahlreiche Schnittstellen
- Standardschnittstellen zur Einbindung der Geräte in beliebige Infrastruktur
- Schnelle und einfache Integration dank Standardschnittstellen
- Roboterschnittstellen bekannter Hersteller wie Yaskawa, Fanuc, Kuka, ABB
Detailliertere Informationen und ausführliche Tutorials sind auf der Highlightseite zur wenglor Software uniVision verfügbar.
Software zur Analyse und Darstellung von 2D-Höhenprofilen und 3D-Punktewolken
Neben der Bildverarbeitungssoftware uniVision stehen für die 2D-/3D-Profilsensoren die Software VisionApp 360 und VisionApp Demo 3D zur Verfügung. Damit können aus 360°-Höhenprofilen in nur wenigen Schritten exakte Querschnittsflächen berechnet und Punktewolken dargestellt werden.
Vereinen und Analysieren von Höhenprofilen mit der VisionApp360
- 360°-Profilerkennung von Objekten mit bis zu 16 Profilsensoren
- Benutzerfreundliche Software mit freier Kalibrierform und vereinfachter Sensorsynchronisation
- Auswertung des vereinten Höhenprofils mit der Parametriersoftware uniVision Profile
- Ausgabe der Messwerte als vereinte Punktewolke über TCP-Schnittstelle oder GigE-Schnittstelle
Technologievergleich von Smart Sensor und Sensor mit Machine Vision Controller
Smart Sensor
| uniVision wird direkt auf dem Sensor ausgeführt |
| Profilaufnahme und -auswertung direkt auf dem Sensor |
| Leistung ist nicht so hoch wie bei der Verwendung eines extra Machine Vision Controllers |
| Zeitunkritische und einfache Anwendungen |
Sensoren mit Machine Vision Controller
| uniVision läuft auf dem externen Machine Vision Controller |
| 2D/3D-Profilsensor agiert ausschließlich als Profilgenerator |
| Verarbeitung und Datenausgabe findet auf dem performanten Machine Vision Controller |
| Einsatz bei hochperformanten und komplexen Anwendungen |
Einsatzmöglichkeiten von 2D-/3D-Profilsensoren
Teilevermessung
Höhenkontrolle
Durchmesserkontrolle
Rundheitsprüfung
Dickenmessung
Positionierung
Schweißnahtführung
Schweißnahtkontrolle
Spaltmaßkontrolle
Volumenmessung
Winkelmessung
Branchen und Industrien, in denen 2D-/3D-Profilsensoren eingesetzt werden
Die Anforderungen in der industriellen Automation sind vielfältig. Ob ständig wechselnde Witterungsbedingungen, intensive Reinigungsprozesse, explosionsgefährdete Bereiche oder Schweißspritzer. Das Portfolio der 2D-/3D-Profilsensoren bietet verschiedene Modellvarianten, die darauf ausgelegt sind, auch unter den härtesten Bedingungen zuverlässig zu funktionieren und dabei den technischen Vorschriften und Qualitätsstandards der Branche entsprechen.
Bei der Herstellung von Autositzen für Pkw muss sichergestellt werden, dass die Position von seitlichen Polstern und Wirbelsäulenpolstern bei jedem Sitz identisch ist. An einer Prüfstation werden die Autositze von oben bis unten mit einem 2D-/3D-Profilsensor vermessen. Dabei werden Konturen und Füllrate erfasst, Symmetrien ausgewertet, Nähte und die Position des Sitzes sowie eventuelle Beschädigungen erkannt.
Bevor Wartungsarbeiten wie das Schleifen oder Fräsen von Schienen in Gleisbetten durchgeführt werden können, müssen sowohl die Position der Schienen als auch Hindernisse wie Steine oder Weichen im laufenden Betrieb erkannt werden. Dazu vermessen mehrere nebeneinander montierte 2D-/3D-Profilsensoren in einer Linie das Profil des Gleisbetts. Die Höhenprofile werden per Software vereint und analysiert.
Laserklassen von 2D-/3D-Profilsensoren
Die Bewertung der Laserklassen erfolgt nach den sogenannten Klassifizierungsregeln für Laser gemäß der DIN EN 60825-1:2008-05 „Sicherheit von Lasereinrichtungen“. Je nach Gefährdungspotenzial der einzelnen Laser beziehungsweise ihrer optischen Leistung oder Energie werden diese unterschiedlich klassifiziert. Als Faustregel gilt: Je höher die Klassennummer, desto größer ist das Gefährdungspotenzial des Lasers.
| Beschreibung | |
|---|---|
| Laserklasse 2 | Mit einer Leistung von 1 Milliwatt oder weniger liegt die Laserklasse 2 im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm. Mit dieser Klasse werden beispielsweise Linienlaser, Rotationslaser oder Laserentfernungsmesser ausgerüstet. Für die Verwendung sind keine Schutzmaßnahmen erforderlich, da die Laserstrahlung auch bei kurzzeitiger Bestrahlung der Augen als ungefährlich gilt. Eine längere Bestrahlung der Augen wird durch den so genannten natürlichen Lidschlussreflex verhindert. |
| Laserklasse 3R | Der Wellenlängenbereich der Laserklasse 3R liegt zwischen 302,5 nm und 700 µm, die Leistung zwischen 1 und 5 Milliwatt. Da die Laserstrahlung potenziell gefährlich für das Auge ist, müssen beim Betrieb besondere Schutzmaßnahmen getroffen werden. Dazu gehören unter anderem das Tragen einer Schutzbrille, das Stellen eines Laserschutzbeauftragten und die Meldung des Einsatzes dieser Sensoren. |
| Laserklasse 3B | Laser der Klasse 3B haben eine Leistung von 5 bis 500 Milliwatt im Wellenlängenbereich von 302,5 nm bis 1 µm. Die Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut schädlich. Für den Betrieb sind besondere Schutzmaßnahmen zu treffen. Unter anderem sind Schutzbrillen zu tragen, ein Laserschutzbeauftragter ist zu stellen und der Einsatz dieser Sensoren ist anzumelden. Außerdem müssen die Räume abgegrenzt und die Zugänge mit Warnleuchten versehen werden. |
Lichtarten von 2D-/3D-Profilsensoren
2D-/3D-Profilsensoren arbeiten mit einem Laser, da dieser eine präzise Laserlinie erzeugt. Das wenglor-Portfolio bietet 2D-/3D-Profilsensoren in drei verschiedenen Lichtarten: Rot, Blau sowie UV. Diese Lichtarten unterscheiden sich in der Wellenlänge und der Erzeugung des Lichts.
Laser (rot)
Die Wellenlänge des roten Lasers liegt bei 660 nm. 2D-/3D-Profilsensoren mit rotem Laser sind sehr vielseitig einsetzbar und können je nach Oberfläche und Geschwindigkeit der Anwendung an die Laserstärke angepasst werden. Sensoren mit rotem Laser sind in den Laserklassen 2 und 3R verfügbar.
Laser (blau)
Blaue Laser haben Wellenlängen von 405 nm und 450 nm. Diese Sensoren sind ideal für die Inspektion von semitransparenten Kunststoffobjekten, hochglänzenden Metallobjekten und organischen Objekten geeignet. 2D-/3D-Profilsensoren mit blauem Laser sind in den Laserklassen 2 und 3B erhältlich.
Laser UV/rot
Die Wellenlänge des UV-Lasers liegt bei 375 nm. 2D-/3D-Profilsensoren mit Laser UV/rot werden zur Vermessung transparenter Objekte wie Glasscheiben oder Scheinwerfer eingesetzt, sofern die Oberfläche UV-Strahlung reflektiert. Geräte mit UV-Laser sind in der Laserklasse 2 erhältlich.
Falschfarbendarstellung zur Visualisierung der Objekttiefe
Durch die Färbung der Punktewolke wird die Tiefe des Objektes sichtbar gemacht. Die Abstandswerte werden durch unterschiedliche Farbtöne von rot bis grün dargestellt. Durch diese Falschfarbendarstellung ist auf einen Blick erkennbar, welche Teile des Objektes sich im Vordergrund und welche im Hintergrund befinden.
Die weCat3D-Sensoren liefern nicht nur die Abstandsinformation eines Objektes in Form eines 2D-Höhenprofils, sondern zusätzlich auch Informationen über die Helligkeitsintensität jedes einzelnen Punktes. Diese Information kann in der Bildverarbeitung als zusätzlicher Parameter verwendet werden, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Die weCat3D-Sensoren liefern nicht nur die Abstandsinformation eines Objektes in Form eines 2D-Höhenprofils, sondern zusätzlich auch Informationen über die Helligkeitsintensität jedes einzelnen Punktes. Diese Information kann in der Bildverarbeitung als zusätzlicher Parameter verwendet werden, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Modi zur Optimierung der Punktewolke
Schnittstellen zur Datenübertragung und Integration
Montagehinweise von 2D-/3D-Profilsensoren
Um eine hochpräzise Vermessung von Oberflächen zu gewährleisten, sind bei der Montage der Sensoren bestimmte Hinweise zu beachten.
- Abschattung vermeiden: Um exakte Messergebnisse zu erhalten, ist darauf zu achten, dass die Laserlinie möglichst senkrecht zur Messfläche ausgerichtet ist. Der Sichtbereich des Sensors sollte nicht eingeschränkt werden.
- Schwingungsfrei: Hier steht ein kurzer Text zur genaueren Beschreibung.
- Schockfrei: Der Sensor sollte keinen Vibrationen ausgesetzt werden, da diese die Messung beeinflussen können.
- Wärmemanagement beachten: Auf eine ausreichende Wärmeabfuhr des Gerätes ist zu achten. Dies kann z. B. durch eine metallische Verbindung zwischen Sensorgehäuse und Montagebasis erreicht werden. Ab einer Umgebungstemperatur von 45 °C oder bei wärmeisolierter Befestigung des Sensors ist ein Kühlmodul zu verwenden.
- Zugentlastung Kabel: Hier steht ein kurzer Text zur genaueren Beschreibung.
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