Oculeus – Multi-Kamerasystem zur 3-D-Kontur-Detektion

Das Systemkonzept basiert auf der Integration unterschiedlicher, z. T. vollkommen neuartiger Hardwarekomponenten und einer darauf abgestimmten Signalverarbeitung und Prozesssteuerung. Mit Oculeus können verschiedenste, räumlich ausgedehnte Objekte (Bolzen, beliebige Bohrungen, Passstifte, Anschlagelemente etc.) in den für den jeweiligen Arbeitsprozess erforderlichen geometrischen Größen (Position, Lage, Richtung, Oberfläche, Volumen, Profil etc.) bestimmt werden.

Oculeus ist ein Multi-Kamerasystem zur Erfassung räumlicher Konturen. Über die erfassten Konturen können Position und Orientierung von Objekten mit hoher Präzision bestimmt werden. 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

Nach der Installation des Systems ist zunächst eine Kalibrierung notwendig, 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 bzw. äußere Einstellungen verändert wurden. Dadurch wird auch eine Flexibilität bezüglich Kameratyp, Kameraanordnung und Orientierung gewährleistet und so eine Anpassung an die jeweilige Anwendungssituation ermöglicht. Die Kalibrierung kann mithilfe einer Tafel mit kodierten Markierungen mit geringem Aufwand durchgeführt werden.

Messung

Für die exakte 2-D-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 3-D-Punkten vor, durch die bei Bedarf eine ausgleichende Ebene gelegt werden kann, um die Lage der Kontur im Raum präzise zu beschreiben.

Projektpartner

Oculeus ist eine gemeinschaftliche Entwicklung der Metronom Automation GmbH und des i3mainz.

Das System wird im Rahmen der Sonderschau „Berührungslose Messtechnik“ anlässlich der Control 2008 in Stuttgart, 22. bis 25. April, in Halle 1, Stand 1626, vorgestellt. Die Sonderschau will einen Beitrag zur Verbreiterung der Akzeptanz berührungsloser Messtechnik leisten, indem an einigen ausgewählten Exponaten die Konstruktionsprinzipien, Eigenheiten und Grenzen der neuen Messmöglichkeiten demonstriert werden. Die Sonderschau findet mit Unterstützung der P. E. Schall GmbH, den Mitgliedern des Control-Messebeirats und der Fraunhofer-Allianz Vision statt.

Die Fraunhofer-Allianz Vision ist ein Zusammenschluss von Fraunhofer-Instituten zu den Themen Bildverarbeitung, optische Inspektion und 3-D-Messtechnik, Röntgenmesstechnik und zerstörungsfreie Prüfung.

Fachkontakt:
Fachhochschule Mainz
i3Mainz
Prof. Frank Boochs
Holzstraße 36
55116 Mainz
Telefon: +49 6131 2859-672
Fax: +49 6131 28596-99
E-Mail: boochs@geoinform.fh-mainz.de
Pressekontakt:
Fraunhofer-Allianz Vision
Regina Fischer M. A.
Am Wolfsmantel 33
91058 Erlangen
Telefon: +49 9131 776-530
Fax: +49 9131 776-599
E-Mail: vision@fraunhofer.de

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