Lediglich wegen der Komplexität und der relativ hohen Kosten, mit denen die Anwendung der 3D-Technik in der Vergangenheit verbunden war, hat sich die 3D-Bildverarbeitung in der Industrie bisher noch nicht auf breiter Front durchgesetzt. "Diese Situation ändert sich derzeit rapide", betont  

Terry Arden und verweist auf die jüngste Entwicklung aus seinem Haus, den 3D-Sensoren "Gocator", der mittlerweile problemlos in typischen Fabrikumgebungen scannen, messen, entscheiden und kommunizieren kann. Außerdem können während eines 3D-Aufnahmeprozesses kalibrierte 2D-Bilder generiert werden.  "Wir können also 2D-und 3D-Bildverarbeitung in einem Sensor-Paket anbieten - zu einem mit aktuellen 2D-Lösungen vergleichbaren Preis", behauptet Arden.

LMI hat sich traditionell auf Methoden der Laser-Triangulation konzentriert, um Sensor-Lösungen für verschiedene vertikale Märkte zu entwickeln. Dazu zählen beispielsweise die Holzverarbeitung, die Produktion in der Gummi- und Reifenindustrie, die Automobil-Messtechnik und die Achsvermessung, Anwendungen in der Metall- und Gussindustrie oder auch Aufgaben wie die Vermessung von Fahrbahnoberflächen. Aber auch andere 3D-Messtechniken wie die aktive Stereo-Bildverarbeitung oder die Streifenlichtprojektion sind mittlerweile robuste Verfahren, um die Erfassung hochauflösender 3D-Punktwolken zu ermöglichen. "Die Anwender können sich darauf einstellen, dass wir die "Gocator"-Produktlinie über die Laser-Triangulation hinaus auch in Richtung Stereo-Technologien und Streifenlichtprojektion ausbauen werden", skizziert Arden die nächsten Entwicklungsschritte.

Kompakter 3D-Sensor "Gocator" von LMI Technologies

© LMI Technologies

Triangulationsverfahren erfordern die genaue Kalibrierung einer Kamera auf eine strukturierte Lichtquelle wie etwa eine Laserlinienprojektion, um auch bei hohen Umgebungstemperaturen die Erfassung von 3D-Bilddaten mit hohen Abtastgeschwindigkeiten von mehr als 1 kHz sicherzustellen. In vielen Anwendungen werden Prüfobjekte durch das Sichtfeld des Sensors bewegt, um eine 3D-Punktwolke zu erfassen. Dabei wird der 3D-Sensor oft mit einem Encoder synchronisiert.

Stereo-Verfahren beruhen dagegen auf der Kalibrierung von zwei Kameras, um die 3D-Bilddaten zu erhalten. Dies führt zu geringeren Aufnahmegeschwindigkeiten, die im Bereich von etwa 30 bis 60 Hz, leigen. "Dieses Verfahren eröffnet jedoch die Chance, Einzelaufnahmen mit sehr kleinen Temperaturdrift-Fehlern zu realisieren", nennt Arden einen Vorteil des Stereo-Verfahrens. Bei Triangulations-Systemen mit nur einer Kamera ist dagegen eine Temperaturkompensation erforderlich, sofern eine Genauigkeit im Mikrometer-Bereich notwendig ist.

Lösungen auf Basis der Streifenprojektion lassen sich entweder als Einzel- oder als Stereo-Kamerasystem ausführen und ermöglichen 3D-Punktwolken mit sehr hoher Dichte. Allerdings geht die Dichte zu Lasten der Geschwindigkeit: Mit 2 bis 5 Hz arbeiten solche Systeme wesentlich langsamer und sind zudem in Bezug auf die Umgebungstemperatur am empfindlichsten. Von allen 3D-Methoden eignen sich Time-of-Flight-Systeme aufgrund ihrer begrenzten Auflösung von nur 2 bis 5 mm am wenigsten für den Einsatz in der Industrie. "Zudem ist diese Technik für verschiedene Fehlerquellen wie IR-Reflexionen, Temperaturdrift und Änderungen der Objektreflexion sehr anfällig", erklärt Arden, der seine Firma unter den Top-5-Anbietern von 3D-Sensorprodukten sieht: "Wir sind seit über 30 Jahren am Markt tätig, haben rund 60.000 Sensoren verkauft und verfügen über mehr als 60 aktive Patente." 2011 erreichte LMI einen Umsatz von 23,6 Millionen US-Dollar bei jährlichen Steigerungsrate von 35 Prozent. "Für 2012 bis 2014 erwarten wir allerdings geringere Zuwächse im Bereich von 10 Prozent", dämpft Arden die Erwartungen. Obwohl viele Volkswirtschaften der Welt mit Schulden zu kämpfen haben, wird sich die 3D-Sensortechnik aber aus Sicht von LMI als strategisches Element in der Automatisierung und Optimierung von Prozessen weiterentwickeln. Dazu Arden: Gerade in Zeiten hohen Kostendrucks sind Unternehmen natürlich noch mehr gezwungen, ihre Produktion zu verbessern."