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CX-Technologie

  • Laser-Triangulation
  • GigE-Vision und GenICam
  • HDR-3D
  • Automatic AOI-Tracking

Das Messprinzip der 3D-Lasertriangulation bzw. 3D-Lichtschnittverfahrens

Beim Lichtschnittverfahren wird ein Laserstrahl über eine Linienoptik auf die Oberfläche des zu vermessenden Objektes abgebildet. Mit Hilfe der C3-Kamera wird ein Bild der Laserlinie unter dem Triangulationswinkel alpha aufgenommen.

Infolge dieser Triangulationsanordnung von Laser und Kamera führt jede Änderung der Oberflächengestalt unterhalb der Laserlinie zu einer definierten Auslenkung der Laserlinie im Kamerabild. Aufgabe der C3-Kamera ist es mit maximaler Geschwindigkeit und Präzision die Position der Laserlinie zu bestimmen und auszugeben.

Im Folgenden sollen einige typische Lichtschnittanordnungen aufgezeigt werden. Für die angegebene Approximation der Höhenauflösung soll die folgende Nomenklatur verwendet werden:
dX= Auflösung entlang der Laserlinie ,
dY= Auflösung senkrecht zur Laserlinie (in Bewegungsrichtung des Objektes oder der Kamera) ,
dZ= Auflösung in der Höhenrichtung.

Die CX-Technologie verwendet den neuen Schnittstellen-Standard GigE-Vision und das generische Software-Interface GenICam. Zukunftig sollen beide Protokolle der Standard für Vision-Sensoren werden.

Der Standard GigE-Vision definiert ein einheitliches Kommunikationsprotokoll auf Basis von UDP/IP, über das GigE Vision-kompatible Geräte mit einer Bildverarbeitungseinheit (PC) kommunizieren können.

Der Software-Standard GenICam ist eine allgemein gültige Software-Schnittstelle, die eine Beschreibung der Funktionen von Vision-Sensoren liefert. Somit ist es möglich die Vision-Sensoren mit einer generischen Software zu betreiben und auf die Sensor-Parameter zu zugreifen. Hierzu kommt ein XML-Protokoll zum Einsatz.

Die Kombination von GigE-Vision und GenICam ermöglicht den Betrieb von Vision-Geräten über Geräte-unabhängige Software. Somit wird die Integration und der Austausch von Vision-Geräten erheblich leichter und der Entwicklungsaufwand gering gehalten.

  • Verwendung der Ethernet-Technologie mit einem umfangreichen und gleichzeitig preiswerten Angebot an Komponenten, wie industrietauglichen Steckverbindern, Netzwerkkarten, Switches usw.
  • Einsatz von langen Anschlußkabeln bis 100 Meter für Kupferleitungen (längere Distanzen können mit Glasfaserleitungen abgedeckt werden)
  • Möglichkeit beliebig viele Vision-Geräte an einer Bildverarbeitungseinheit zu betreiben
  • Integrierte Funktion zur Fernwartung

  • Konzepte zum verteilten Rechnen lassen sich leichter realisieren
  • Unabhängigkeit vom drunterliegenden Transportmedium (ermöglicht den Einsatz von zukunftigen Protokollen z.B. 10 Gbit-Ethernet)
  • GigE-Vision und Genicam wird von namhaften Vision-Lieferanten unterstützt (z.B. National Instruments, Matrox, Dalsa, Photonfocus, Pleora Technologies, Stemmer Imaging, MVTec u.a)

Das High Dynamic Range (HDR) Aufnahmeverfahren

Mit der Entwicklung der 3D-Kamera C4-1280-GigE hat AT die Möglichkeiten der 3D-Vermessung mit dem Lichtschnittverfahren auf neue Dimensionen erweitert. Mit Hilfe der neuartigen HDR-3D-Funktionalität (High Dynamic Range) ist es jetzt möglich Materialien und Oberflächen zu scannen, die über inhomogene Reflektivitätseigenschaften verfügen. Die Aufnahme von gesättigten Intensitätswerten gehört nun der Vergangenheit, denn das HDR-3D erweitert die Dynamik der Bildintensität bis zu 90dB.

Im wesentlichen besteht das HDR-3D aus zwei unabhängigen Sensor-Funktionen, die miteinander kombiniert werden können:
1. MultipleSlope Kennlinie

Ziel der MultipleSlope-Funktion ist es, die Sättigung von Bildpunkten während der Belichtung des Sensors-Chips zu vermeiden. Hierzu lassen sich Grenzen für die aufgenommene Lichtmenge bzw. produzierte Spannung einstellen. Wird innerhalb einer vordefinierten Zeit die Grenze überschritten, wird die Spannung des Bildpunktes auf den Grenzwert zurückgesetzt. Anschließend wird die Lichtaufnahme fortgesetzt bis die Belichtung beendet ist. Dieser Modus wird DualSlope genannt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit die Spannung des Bildpunktes nach dem ersten Reset erneut zurückzusetzen (TripleSlope-Modus). Die Reset-Pegel und -Zeiten im DualSlope- und TripleSlope-Modus lassen sich unabhängig voneinander konfigurieren.

2. Non-Destructive Readout (NDR)

Die Funktion Non-Destructive Readout (NDR) ermöglicht das mehrfache Auslesen des Sensor-Chips während der Belichtungszeit und ohne die Bildpunkte zurückzusetzen. Das Auslesen kann bis zu 7 Mal erfolgen. Hierfür werden die Zeitpunkte für das jeweilige Auslesen vordefiniert. Somit ist es möglich, die Aufnahme von stark reflektierenden Objekten kurz nach dem Beginn der Belichtung auszulesen, wobei das Bild von dunkleren Bereichen am Ende der Integrationszeit ausgelesen wird. Beim kombinieren der Teilaufnahmen kann ein homogenes von Sättigung freies Bild erzeugt werden.

Interleaved-Shutter

Sequential-Shutter

„Automatic AOI-Tracking“ zur schnellen 3D-Bildverarbeitung

Für unsere Highspeed-3D-Sensoren ist ab sofort mit einer neuen Firmware verfügbar, die ein noch schnelleres Abscannen von Oberflächen ermöglicht.

Mit Hilfe eines neuartigen Algorithmus zur automatischen AOI-Anpassung und -Tracking kann die AOI-Größe auf eine minimale Zeilenanzahl reduziert und damit die Profilrate deutlich gesteigert werden. Dieses neue Feature ist insbesondere für kontinuierliche Profilmessungen bei schwankendem Oberflächenabstand interessant. Auf diese Weise schöpft Automatic AOI-Tracking das volle Potential unsere HighSpeed-3D-Kameras aus und liefert unseren Kunden, auch bei höchsten Geschwindigkeitsanforderungen, päzise 3D-Daten.

1600 Hz (ohne AOI-Tracking)
9000 Hz (mit AOI-Tracking)

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