Das Fraunhofer IOF hat eine Methode entwickelt, mit der spiegelnde, durchsichtige oder schwarze Objekte erfasst werden können. Dafür wurde der MWIR-3D-Sensor entwickelt, der eine Messung durch Wärmestrahlung ermöglicht. Eine aufwendige Vorarbeit durch Besprühen mit Lack oder Ähnlichem entfällt mit dem neuartigen 3D-Scan-Verfahren. Die Methode könnte es unter anderem ermöglichen, dass Roboter 3D-Objekte selbstständig erkennen und greifen können.

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Spiegelnde, durchsichtige oder transparente Objekte lassen sich normalerweise nicht ohne Vorarbeit wie das Besprühen mit Lack, der anschließend aufwendig entfernt werden muss, mit dem 3D-Scanner erfassen. Mit AESUB Blue und AESUB White haben wir derartige Sprays vorgestellt. Eine Messmethode zur 3D-Formerfassung vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (Fraunhofer IOF) soll das ändern. Der in einer Pressemitteilung vom Fraunhofer IOF präsentierte „MWIR-3D-Sensor“ ist in der Lage, Gegenstände dreidimensional zu scannen, egal ob die Objekte aus transparentem Kunststoff oder Glas besteht.

Details zum MWIR-3D-Sensor

Der MWIR-3D-Sensor kann auch Objekte mit glänzend metallischen oder tiefschwarzen Oberflächen erfassen. Ebenso ist die Kombination aus verschiedenen Werkstoffen unproblematisch für den neuen 3D-Infrarot-Sensor. Die Entwickler geben an, dass unter anderem die Qualitätskontrolle in der Produktion und Robotik zu den möglichen Anwendungsbereichen zählen.

3D-Messprinzip MWIR-3D von IOF
Der MWIR-3D-Sensor (im Bild: Aufbau) kann auch Objekte mit glänzend metallischen oder tiefschwarzen Oberflächen erfassen (Bild © Walter Oppel / Fraunhofer IOF).

Für die 3D-Erfassung machen sich die Forscher die Wärmestrahlung zunutze. Diese Methode bezeichnen sie als 3D-Sensorik in thermischem Infrarot. Ein energiereicher CO2-Laser bestrahlt dabei die Messobjekte, wobei spezielle Linsen für hohe Leistungsdichten den Laserstrahl auf eine das gesamte Objekt vertikal beleuchtende Linie ausweiten.

Die Linie wird in einer speziell abgestimmten Sequenz über das Objekt bewegt, wodurch ein hochauflösendes Messergebnis geliefert wird. Die Energie des Laserlichts, die vom Messobjekt absorbiert wird, wird zum Teil emittiert.

Weitere Details zum Messvorgang

Aus zwei verschiedenen Perspektiven analysieren zwei Wärmebildkameras die thermische Signatur, die der schmale und intensive Infrarotstreifen auf dem Objekt hinterlässt. Eine Software errechnet daraus räumliche Bildpunkte und fügt diese zu den exakten Abmessungen des Messobjekts zusammen. Objekte nehmen durch die geringe thermische Energie mit einem Temperaturunterschied von unter 3°C keinen Schaden. Daher eignet sich das Verfahren auch für sensible Materialien.

Nun wollen die Forscher die neue Messmethode zur Marktreife bringen. Martin Landmann, Forscher in der Abteilung „Bildgebung und Sensorik“ am Fraunhofer IOF, erklärt:

„Die Parameter unseres Systems lassen es zu, dass wir es für unterschiedliche Anwendungsszenarien optimieren. Wenn wir die Auflösung auf unter 50 µm reduzieren, können wir einen stereoskopischen Datensatz in unter einer Sekunde aufnehmen und sind damit schnell genug für Anwendungen in der Robotik.“

Einsatzbereiche

Derzeit werden einige Systeme entwickelt, die auf der MWIR-3D-Messmethode basieren. Das Team um Martin Landmann und Gruppenleiter Dr. Stefan Heist arbeitet an einem System für die Anwendung in der Robotik. Roboter sollen die Fähigkeit erhalten, transparente Objekte zu erkennen und zu greifen.

Das anwendungsnahe System „Glass360Dgree“nutzt das MWIR-3D-Messprinzip, das speziell für die Überprüfung von Glaskörpern in der Optikfertigung ausgelegt ist. Forschungspartner wollen es nutzen, um zu testen, wie sich das Messverfahren in verschiedene Robotikprozesse integrieren lässt.

Glass360Dgree-Messsystem
Das anwendungsnahe System „Glass360Dgree“ nutzt das MWIR-3D-Messprinzip (Bild © Walter Oppel / Fraunhofer IOF).

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