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Multi-Kamerasystem zur 3D-Kontur-Detektion

11.02.2008
„Oculeus“ ist ein Multi-Kamerasystem zur Bestimmung der räumlich definierten Geometrie von Objekten. Das Systemkonzept basiert auf der Integration unterschiedlicher, zum Teil vollkommen neuartiger Hardwarekomponenten und einer darauf abgestimmten Signalverarbeitung und Prozesssteuerung, wie die Fachhochschule Mainz berichtet.

Mit Oculeus können verschiedenste, räumlich ausgedehnte Objekte wie Bolzen, beliebige Bohrungen oder Passstifte, Anschlagelemente in den für den jeweiligen Arbeitsprozess erforderlichen geometrischen Größen (Position, Lage, Richtung, Oberfläche, Volumen, Profil) bestimmt werden.

Es handelt sich um ein Multi-Kamerasystem zur Erfassung räumlicher Konturen. Über die erfassten Konturen lassen sich Position und Orientierung von Objekten mit hoher Präzision bestimmen. Die Verwendung mehrerer Kameras macht das System flexibel und robust gegenüber Bildstörungen.

Das System hat einen stabilen optischen Messkopf, bestehend aus einer Metallplatte und drei darauf montierten Kameras sowie Lichtquellen. Dieser Messkopf kann an einem Roboterarm befestigt werden und so als Effektor zur Beobachtung von Objekten an vordefinierten Positionen verwendet werden.

Dies erlaubt eine schnelle und flexible Messung verschiedener räumlicher Elemente. Generell kann das System auch stationär verwendet werden, wenn viele Elemente unter gleichbleibenden Bedingungen gemessen werden sollen.

Kalibrierung des Multi-Kamerasystems

Nach der Installation des Systems ist zunächst eine Kalibrierung erforderlich, um die geometrische Qualität sicherzustellen. Diese Kalibrierung besteht zum Einen aus der Kontrolle der inneren Kamerageometrie und zum Anderen aus der Bestimmung der Kamerapositionen bezogen auf einen Referenzrahmen.

Sie ist immer dann notwendig, wenn die Kameras ausgetauscht oder innere oder äußere Einstellungen verändert wurden. Die Kalibrierung kann mithilfe einer Tafel mit kodierten Markierungen mit geringem Aufwand durchgeführt werden.

Berechnung der Messergebnisse liefert Wolke von 3D-Punkten

Für die exakte 2D-Konturbestimmung erfolgt zunächst eine grobe Lokalisierung und Bestimmung der Kontur mit Mitteln der Bildverarbeitung. Anschließend werden Querprofile der Kontur untersucht, um deren Verlauf präzise zu bestimmen.

Die so erzeugten diskreten Konturpunkte dienen als Eingangsdaten für eine Ellipsenausgleichung mit integrierter Ausreißeranalyse. Die Ausgleichung liefert als Ergebnis die Parameter einer Ellipse, die die Kontur im Bildkoordinatensystem mathematisch beschreibt.

Diese Prozesskette wird von allen gleichzeitig aufgenommenen Bildern durchlaufen und anschließend in einer photogrammetrischen Berechnung zusammengeführt. Da die geometrischen Beziehungen der Kameras und deren Orientierungen aus der vorgegangen Orientierung bekannt sind, können die in den einzelnen Bildern bestimmten Ellipsen mithilfe von Epipolargeometrien räumlich verschnitten werden.

Als Ergebnis dieser Berechnung liegt eine Wolke von 3D-Punkten vor, durch die bei Bedarf eine ausgleichende Ebene gelegt werden kann, um die Lage der Kontur im Raum präzise zu beschreiben.

Projektpartner von Oculeus sind die Metronom Automation GmbH und die Fachhochschule Mainz.

Jürgen Schreier | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/messundprueftechnik/bildverarbeitung/articles/108817/

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