Ein tragbarer 3D-Scanner von 8tree ermöglicht eine schnelle und einfache Oberflächeninspektion – etwa bei der Überprüfung von Nieten an Flugzeugen. Zur akkuraten und schnellen Messung trägt eine Manta Digitalkamera von Allied Vision bei.
Die Zahl ist gigantisch: Rund 2,5 Millionen Nieten stecken im Rumpf einer Boeing 747. Sie verbinden die einzelnen Felder von Flugzeugrümpfen, die meist aus hochfesten Aluminiumblechen bestehen. Durch den Trend der Flugzeugbauer, vermehrt Verbundwerkstoffe wie CFK einzusetzen, die andere Fügetechniken erfordern, reduziert sich zwar die Zahl der Nieten deutlich. Doch müssen auch hier aus Sicherheitsgründen immer noch eine halbe Million Nieten auf den korrekten Sitz hin überprüft werden – und zwar jede einzelne.
3D-Scanning erfolgt heute meist über eine oder mehrere Kameras in Kombination mit einer Laser- oder Lichtprojektion. Die meisten Systeme sind aber in Kabinen oder an Robotern und Maschinen fest installiert. Zudem müssen sie meist aufwändig programmiert und kalibriert werden. Zudem liefern sie Daten, die erst nach einer umfangreichen Nachbearbeitung brauchbare Informationen für den Nutzer liefern.
Um diese Aufgabe schneller als bislang erledigen zu können, hat 8tree mit Sitz in Daisendorf in der Nähe des Bodensees einen einfach und intuitiv zu bedienenden 3D-Scanner mit dem Namen Fastcheck entwickelt, mit dem Bauteile genau vermessen beziehungsweise Fehler in deren Geometrie automatisch entdeckt werden: Er prüft in einem Vorgang alle Befestigungen im erfassten Bereich auf ihre Bündigkeit. Das System erkennt somit nicht nur fehlerhafte Nieten, sondern auch die Art des Fehlers: zu tief, zu hoch, schräg eingesetzt und so weiter. Der Scanner präsentiert sich als kleiner kompakter Koffer in der Größe eines Projektors, der auf einem Stativ montiert werden kann. Dank seiner kompakten Abmessungen und des geringen Gewichts von knapp 3,5 kg lässt sich das Gerät einfach transportieren und handhaben.
Alle Komponente sind in diesem Gehäuse integriert: Projektor, Kamera und Computer. Das System ist völlig autonom und bedarf nicht des Anschlusses etwa zu einem Computer oder einem Display. Dank des eingebauten Akkus kann es sogar ohne Stromversorgung verwendet werden.
Das Geheimnis dieser Flexibilität ist eine einfache und zugleich geniale Idee: Der eingebaute Projektor wird nicht nur zum Projizieren des strukturierten Lichtmusters verwendet, sondern auch zur Darstellung der Messergebnisse direkt auf der geprüften Oberfläche.
Neben Fastcheck gibt es zwei weitere 3D-Scanner: 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.
Gapcheck wiederum misst die Spaltmaße zwischen zwei Bauteilen – zum Beispiel im Fahrzeugbau. Der Scanner prüft dabei nicht nur die Gleichmäßigkeit des Spalts, sondern auch die Bündigkeit der beiden Oberflächen, indem bis zu 30 Kontrollpunkte pro Vorgang vermessen werden.
Das Messverfahren gleicht dem eines üblichen 3D-Scanners mit strukturiertem Licht: Innerhalb von 0,1 s wird eine Abfolge von Streifenrastern auf das Prüfobjekt projiziert. Die Projektion wird von einer Digitalkamera erfasst, deren Bilder von einer Bildverarbeitungssoftware analysiert werden. Die Verformungen des Rasters auf der Oberfläche liefern präzise Informationen zu deren Beschaffenheit: Auch Unebenheiten, Dellen und Beulen können mit einer Genauigkeit von 50 µm erkannt und Vermessen werden.
Die Ergebnisse werden direkt auf den Flugzeugrumpf projiziert
Binnen Sekunden liegen dann die Messergebnisse vor. Sie werden direkt auf das Objekt projiziert: Befindet sich eine Unebenheit – etwa eine Beule – auf der Oberfläche, wird sie farblich markiert. So kann der Anwender sofort erkennen, ob es Fehler gibt, wo diese sich befinden, und um welche Art von Fehler es sich handelt. Anhand eines Farbcodes zeigt das System nämlich, ob zum Beispiel 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 verschiedenen Datenformaten exportiert werden.
Auch die Bedienung des Systems ist besonders benutzerfreundlich. Der Scanner wird ähnlich eines Fernsehers oder Projektors anhand einer kleinen Fernbedienung mit wenigen Knöpfen und projizierten Menüs gesteuert.
Die Bildverarbeitungssoftware ist für die jeweiligen Produkte unterschiedlich und auf deren respektive Aufgaben abgestimmt. Es handelt sich um Eigenentwicklungen von 8tree basierend auf der Open CV Bibliothek. Wie bei der Hardware ist die gesamte Software zu Messung und zur Bedienung des Systems in dem Gerät vorinstalliert sodass es Plug-and-play ist. Bei der Entwicklung seiner 3D Scanner wandte sich 8tree an Allied Vision, um die optimale Kameralösung zu finden. Eine besondere Stärke des Systems ist die Messung nahezu in Echtzeit: Binnen 2 s werden das Objekt gescannt, die Bilder analysiert und die Ergebnisse dargestellt. „Dazu brauchten wir eine leistungsstarke Digitalkamera, die nicht nur eine hohe Bildqualität liefert, sondern auch mindestens 120 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.
Höhere Bildraten für schnellere Messzeiten
„Die Zusammenarbeit mit Allied Vision ist 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 erhöhen beziehungsweise größere Flächen pro Vorgang erfassen und mit höheren Bildraten die Messzeit noch reduzieren“, so Klaas.
Darüber hinaus analysiert 8tree weitere potenzielle Anwendungsgebiete für seine Scanner-Technologie. So könnten in Zukunft neue Modelle für andere Aufgaben beziehungsweise andere Branchen entstehen.
Die Markteinführung des neuartigen Scanners war sehr erfolgreich. So konnte 8tree bereits mehre Systeme an Airbus in Deutschland und Großbritannien verkaufen, etwa um die korrekte Position der Befestigungen an Flugzeugtragflächen zu kontrollieren. ■
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