Entwicklung von Softwaremodulen zur Auswertung und Kalibrierung von 3D-Lichtschnitt-
bildern
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Die Erhöhung der Produkt- und Prozessqualität haben die Bildverarbeitung zunehmend zu einer
Schlüsseltechnologie werden lassen, welche die Wettbewerbsfähigkeit industrieller Anwender sichert.
Wesentliche Aufgabenstellungen im industriellen Bereich lassen sich in Vollständigkeitsprüfung,
Positionserkennung, Kennzeichnungsidentifikation, Oberflächeninspektion und Dimensionelles Messen unterscheiden.
Insbesondere der Positions- und Lageerkennung kommt durch eine Steigerung des Automatisierungsgrads, der
Zuverlässigkeit und der Verbesserung der Prozessgenauigkeit sowie einer daraus resultierenden deutlichen
Kostenreduktion eine besondere Bedeutung zu.
Beim Lichtschnittverfahren wird eine (oder mehrere) dünne Linie(n) auf das zu vermessende Objekt projiziert
und unter einem Winkel mit einer Matrixkamera aufgenommen. Im Bild ist eine (meist unterbrochene) helle
Linie sichtbar, deren Auslenkung von der Grundlinie ein Maß für die Höhe des Objektes ist.
Die Bestimmung von 3D-Koordinaten aus Lichtschnittbildern erfolgt in zwei Schritten:
- Bestimmung der Position des Lichtschnittes im Bild mit Subpixelgenauigkeit.
Hierbei können unterschiedliche Algorithmen zum Einsatz kommen (Maximum, Schwerpunkt, Maximum einer Approximationsfunktion).
In der Regel müssen die Algorithmen mit stark unterschiedlichen Kontrasten umgehen können,
die durch schwankende Reflexionseigenschaften und Oberflächengradienten der Objekte sowie
durch Speckle verursacht werden.
- Rückrechnen der 2D-Bildinformation in 3D-Koordinaten.
Dies erfordert die Kenntnis über die geometrische Anordnung von Lichtquelle und Sensor.
Diese Informationen werden in einem Kalibrierverfahren (mit bekannten Objekten) ermittelt.
- Alternativ kann bei bekannten Objekten, bei denen nur ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt werden soll
(z.B. Überwachung eines Profils einer Bahnenware), nur eine Überprüfung der Lage des Lichtschnittes
innerhalb eines Toleranzschlauches vorgenommen werden.
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Prinzip des Lichtschnittverfahrens
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Unter den Bedingungen der industriellen Bildverarbeitung spielen die Genauigkeit der ermittelten Bild- und 3D-Koordinaten
sowie die Geschwindigkeit der auswertenden Erkennungsverfahren eine wesentliche Rolle.
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Beispiel für ein Kamerabild eines Lichtschnittes
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Aufgaben:
- Einarbeitung in das Lichtschnitt-Verfahren
- In Absprache mit dem Betreuer: Auswahl von Verfahren zur Bestimmung der Position des Lichtschnittes im Bild und
Implementierung unter Visual C++
- Ausgehend von einer Übersicht über mögliche Auswerteverfahren erfolgt die Festlegung und Implementierung ausgewählter Verfahren zur Datenauswertung (Konturvergleich, Kontursegmentierung in Regelgeometrien, 3D-Rekonstruktion)
- Erforschung und Umsetzung von Verfahren zur Kalibrierung von Lichtschnittsensoren
- Test und Bewertung der Funktionsfähigkeit an einem Testaufbau
- Dokumentation der entwickelten Software und der Ergebnisse
Zur Bearbeitung sind neben Grundkenntnissen in der Bildverarbeitung Programmierkenntnisse in C/C++ von Vorteil.
Die Themenstellung eignet sich insbesondere längere Studienabschnitte (Ingenieurspraktikum, Diplomarbeit).
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Ansprechpartner bzw. Betreuer:
Dipl.-Ing. Dietmar Kollhoff, Tel.: 03677-2010303
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