Schnelle Fertigungsprozesse dreidimensional auswerten

Bewegte Objekte auf einem Bild einzufangen, ist schwierig. Das wissen nicht nur Fotografen, sondern auch Ingenieure, die industrielle Produkte auf Fertigungslinien überprüfen. Ein Beispiel sind Gussteile, die auf Fließbändern durch die Fertigungshallen transportiert und dabei analysiert werden sollen: Stimmt die Qualität der hergestellten Gussteile? Sind sie fehlerfrei geformt?

Ein neuer dreidimensionaler Messprozess soll den Ingenieuren solche Analysen künftig erleichtern. Entwickelt wurde die Technik von Forschern am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena, gemeinsam mit ihren Kollegen des Instituts für Angewandte Optik der Universität Jena.

»Unsere berührungslose dreidimensionale Vermessung funktioniert so schnell, dass wir selbst dynamische Vorgänge in guter Qualität abbilden können«, sagt Dr. Peter Kühmstedt, Gruppenleiter am IOF.

400 Kamerabilder statt 180

Die optische Vermessung an sich ist nicht neu. Bislang werden dazu bestimmte Bilder, etwa Streifen oder auch beliebige Anordnungen von Mustern, auf das zu vermessende Objekt gerichtet. Ist das Objekt gekrümmt, verzerrt sich das Bild entsprechend. Aus etwa zehn verschiedenen Bildern, die nacheinander projiziert werden, können die Experten eine dreidimensionale Darstellung des Objekts erstellen. Verwendet man für die Projektion allerdings einen Beamer, der digitale Bilder erzeugt, so ist die Bildfrequenz recht begrenzt: Üblicherweise können Beamer etwa 60 Bilder in der Sekunde projizieren, maximal lassen sich 180 2D-Bilder pro Sekunde herausholen. Für langsame Prozesse reicht das aus, doch bei höheren Geschwindigkeiten stößt die Technik an ihre Grenzen – beispielsweise bei der Qualitätskontrolle während der Produktion, wenn die Bauteile auf dem Fließband vorbeifahren.

Das neue Verfahren, das die Fraunhofer-Forscher auf der Laser-Messe in München vorstellen, wird auch mit solchen Herausforderungen fertig. »Mit unserer Vermessungstechnik können wir 400 Bilder pro Sekunde projizieren und daraus 40 dreidimensionale Bilder pro Sekunde erzeugen«, erläutert Kühmstedt. Um dieses Ziel zu erreichen, benötigt er nur ein einziges Dia, das von einer LED durchstrahlt wird.

Die Projektion, die so entsteht, fällt nun auf einen drehbaren Spiegel, der sie in einem rechten Winkel weiter auf das Objekt leitet. Der Clou daran: Der Spiegel rotiert auf einer schiefen, verkippten Achse – er lenkt so zwar immer dasselbe Bild auf das Objekt, allerdings in jeweils leicht veränderten Winkeln.

Einen Prototypen mit LED-Beleuchtung haben die Wissenschaftler bereits fertiggestellt. In einem weiteren Schritt wollen die Forscher nun ein lasergetriebenes Modell voranbringen, das noch schneller arbeiten soll.