Es gibt viele Techniken, um eine Oberfläche dreidimensional zu vermessen. Vor allem berührungslose Messsysteme sind dank der stetigen Verbesserungen in der Bildverarbeitung stark im Kommen. Ein Beispiel hierfür ist das neueste Produkt µKORAD-3D von 3D-Shape, welches als optische Komponente die industrielle USB 2.0-Kamera mvBlueFOX von MATRIX VISION verwendet.
Dipl.-Inform. (FH) Ulli Lansche, Technischer Redakteur bei MATRIX VISION, Oppenweiler
Das Messverfahren des µKORAD-3D beruht auf dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie. Im Gegensatz zu üblichen Interferometrie-Verfahren, welche auf Laserlicht basieren, können mit einem Weißlichtinterferometer auch Flächen mit Stufen oder sogar rauen Oberflächen vermessen werden, wobei die geringere Kohärenzlänge des breitbandigen Weißlichts dafür sorgt, dass die Messunsicherheit bei glatten Oberflächen sogar bis in den Nanometerbereich geht.
Messprinzip
Ein Weißlichtinterferometer besteht aus mehreren Komponenten: einer Lichtquelle, einem Strahlteiler, einem Referenzspiegel und einer Kamera. Der Lichtstrahl wird durch einen Strahlteiler aufgespalten, wobei ein Strahl zum Referenzspiegel und der andere zum vermessenden Objekt geleitet und reflektiert werden. Beide reflektierten Strahlen überlagern sich zu einem Interferenzbild. Der Abstand vom Referenzspiegel zum Strahlteiler ergibt die gedachte Referenzebene vom Strahlteiler in Richtung Objekt (Bild 1). Durch kleine Verschiebungen des Objekts in z-Richtung ändert sich das Interferenzmuster, was von der Kamera in Form von Helligkeitsschwankungen wahrgenommen wird. Dabei muss aber beachtet werden, dass ein Interferenzmuster nur entsteht, wenn die Längendifferenz zwischen Referenzspiegel und Objektoberfläche kleiner als die Kohärenzlänge ist.
Die Software wertet die Interferenzen aus und ordnet den entsprechenden Pixeln die Höhenwerte zu. So entsteht ein Höhenbild des Objekts mit einer sehr geringen Messunsicherheit. Der Weißlichtinterferometer vereinigt somit die Vorteile bekannter taktiler Sensoren mit den Vorteilen optischer Sensoren: hohe Messgenauigkeit mit einer hohen Datenrate.
mvBlueFOX als optische Komponente
Als Kamera im µKORAD-3D verwendet 3D-Shape die USB 2.0-Kamera mvBlueFOX von MATRIX VISION. Neben dem guten Preis-Leistungsverhältnis der Kamera überzeugte vor allem die Qualität auch dahingehend, dass sie genau den Spezifikationen des µKORAD-3D entspricht. Das komplette Kameraprogramm von MATRIX VISION verfügt über eine ähnliche Ansteuerung wie die Lösungen von 3D-Shape, die Einbindung in die vorhandene Software hat sich als leicht erwiesen und die Aussicht, dass sie langfristig verfügbar sein wird, trug ebenfalls zur Entscheidung für die Kamera bei.
Anwendungsgebiete des Weißlichtinterferometers
Die Einsatzmöglichkeiten für einen Weißlichtinterferometer sind vielfältig. Sowohl für stichprobenhafte Anwendungen als auch für 100%-Qualitätskontrollen in der Produktion eignet sich das Messsystem, wobei für die Auswertung, im Vergleich zu den tastenden Pendants, nicht nur eine Profillinie sondern eine Fläche zur Verfügung steht.
Beispielsweise kann bei einer Qualitätskontrolle die Oberfläche eines Elektrobauteils mithilfe eines Weißlichtinterferometers inspiziert und aus den resultierenden Messdaten dann der Durchmesser und die Höhe bestimmt werden (Bild 2).
Eine andere Möglichkeit ist die Rauheitsmessung einer Metalloberfläche mit Fräsriefen entlang beliebiger Profillinien. Zusätzlich können die flächenhaften Rauheitsparameter ermittelt werden (Bild 3).
Fazit
Bei Vermessungen jeglicher Art setzen sich vermehrt optische Systeme durch. Zwei Gründe sind hier ausschlaggebend: Zum einen ist die optische Vermessung im Vergleich zur taktilen wesentlich schneller, zum anderen setzt die Bildverarbeitungsbranche vermehrt auf Standardschnittstellen wie USB 2.0. Letzteres besticht durch eine weite Verbreitung auf Anwenderseite, einfache Handhabung und schnelle Integration in bestehende Projekte.
Matrix Vision, Oppenweiler
Messe Vision Halle 4 Stand 4C24
QE 522
mvBlueFOX
Der mvBlueFOX ist mit einem Gehäusemaß von 38,8 x 38,8 x 58,5 mm (B x H x L) eine kompakte Industriekamera mit USB 2.0-Schnittstelle. Die Kamera ist mit Flächen- und Zeilensensoren verfügbar, zur Auswahl stehen CMOS-Sensoren mit 1280 x 1024 Pixel sowie CCD-Sensoren mit max. 1600 x 1200 Pixel. Er verfügt über jeweils 2 digitale Ein- und Ausgänge und C-Mount Objektivanschluss (optional S-Mount und CS-Mount). Für zeitkritische I/O- und Erfassungssequenzen steht der Hardware Real-Time Controller (HRTC) zur Verfügung. Zusätzlich ist die Bildverarbeitungsbibliothek mvIMPACT Base im Lieferumfang enthalten, mit welcher eigene Applikationen entwickelt werden können. Für OEM-Kunden ist ebenfalls eine Modul-Variante ohne Gehäuse erhältlich.
Teilen:
