3D-Messungen können mit vielerlei Sensoren erfolgen. Vorteilhaft ist es daher, wenn eine Software mit allen Sensoren eines Herstellers kommunizieren kann. Diesen Anspruch erfüllt die Software ‚3DInspect‘. Sie ist sowohl mit Sensoren zur Geometrie-, Form- und Oberflächenprüfung von matten Objekten, als auch denen zur Vermessung und Inspektion von spiegelnden Oberflächen sowie 3D-Laserscannern zur präzisen Inline-3D-Messung von Micro-Epsilon kompatibel. Jeder x-y-Koordinate stehen in der Software mehrere z-Koordinaten zur Verfügung.

Die Software lässt sich intuitiv steuern und ermöglicht die Parametrierung der Sensoren sowie die Erfassung der Messdaten. Ihre Werkzeugpalette reicht von der Ausrichtung der Punktewolken über die Auswahl der relevanten Objekte bis zu Filtern zur Glättung und Optimierung der Punktewolke. Auch Berechnungsprogramme für Abstand, Höhe, Winkel und Radius sind integriert. Die ermittelten Daten lassen sich an die SPS ausgeben, aber auch beliebig weiterverarbeiten. Für automatisierte Produktionsprozesse gibt es neben der Standard-Version die Funktionserweiterung ‚Automation‘. Verwenden Anwender eine alternative Bildverarbeitungslösung, steht ein SDK zur Verfügung, das auf den Industriestandards GigE Vision und GenICam inklusive zahlreicher Funktionsblöcke basiert. Eine C/ C++/ C#-Bibliothek mit Beispielprogrammen und Dokumentationen unterstützt bei der Softwareentwicklung.

Die Softwarefunktionen

Die Messprogramme der Software lassen sich in drei Gruppen einteilen:

• Der ‚Datenverarbeitung‘ zugeordnet sind Programme zur Selektion, Filterung, Transformation und Ausrichtung von Punktewolken. Korrekturen der Einbaulage, Punktauswahl, die Ausrichtung anhand von Quadern, Ebenen, Linien oder Punkten sind möglich. Mittelwert-, Median-, Tiefpass-, Hochpass- und Erosionsfilter gehören dazu.
• In der Gruppe ‚Objekte‘ finden sich Programme zur Passung geometrischer Objekte. Hier können Schwerpunkte oder Extrempunkte in der 3D-Punktewolke berechnet werden. Auch Passungen von Objekten wie Kugeln in die Punktewolke sind möglich.
• In der ‚Messwertausgabe‘ können die Messergebnisse mathematisch kombiniert und verrechnet werden, zudem stehen Optionen zur Signalausgabe zur Verfügung. Die Ausgabe erfolgt über UDP, TCP oder Modbus, wobei die Software als jeweiliger Server funktioniert.

3D-Vermessung diffus reflektierender Oberflächen

Unbestückte Leiterplattensubstrate dienen als Grundelemente für Leiterplatten. Wegen der hohen Qualitätsanforderungen, die bei der Substratherstellung gelten, ist eine 100 %-Kontrolle durch hochgenau messende Sensoren notwendig.

© Micro-Epsilon

Das 3D-Software-Paket ist unter anderem mit den Sensoren der Reihe ‚SurfaceControl‘ kompatibel. Diese dienen der schnellen 3D-Vermessung und In-spektion diffus reflektierender Oberflächen wie Metall, Kunststoff oder Keramik. Der Sensor nutzt Streifenlichtprojektion und errechnet aus den aufgezeichneten Daten eine hochgenaue 3D-Punktewolke. Anhand dieser Punktewolke lassen sich Geometrien und kleinste Defekte erkennen. Auch minimale Strukturen auf Bauteilen sowie Formabweichungen werden sichtbar.

Anwendungen finden sich beispielsweise in der 100 %-Kontrolle von unbestückten Leiterplattensubstrate, die als Grundelemente für Leiterplatten dienen, wie sie etwa in Sensoren, Smartphones oder Computern genutzt werden. Entspricht die Ebenheit des Substrats nicht den Vorgaben, lassen sich Baugruppen bei der Bestückung nicht exakt aufbringen. Für High-End-Substrate aus Keramik zum Beispiel gelten Messgenauigkeitsanforderungen von bis zu 2 µm. Diese Aufgabe kann der 3D-Snapshot-Sensor Surfacecontrol 3D 3500‘ übernehmen, der direkt in der Produktionslinie auf die matte Oberfläche der Substrate misst. Die Messwerte werden im Sensor verrechnet und über die integrierte Gigabit-Ethernet-Schnittstelle an einen externen PC ausgegeben. Eine Weiterverarbeitung, Beurteilung und Protokollierung der 3D-Daten ist mit der Software 3DInspect möglich. Werden Defekte an den Substraten erkannt, erfolgt über die Steuereinheit eine vollautomatische Aussortierung des Schlechtteils. Eine Messung mit anschließender Berechnung und Auswertung erfolgt innerhalb von nur 1,5 s.

3D-Vermessung spiegelnder Oberflächen

3D-Messungen auf spiegelnden und glänzenden Oberflächen übernimmt der Sensor ‚Reflectcontrol‘. Er lässt sich für mikrometergenaue Messungen stationär zur Überwachung der Fertigungslinie oder für die Inline-Inspektion beispielsweise am Roboter einsetzen. Auf dem Sensordisplay wird ein Streifenmuster generiert, das über die Oberfläche des Messobjekts in die Kameras des Sensors gespiegelt wird. Abweichungen verursachen Verzerrungen im Streifenmuster, die mit der Software ausgewertet werden.

Anwendung findet der Sensor vor allem in der Halbleiterindustrie, beispielsweise zur 3D-Formerfassung von Wafern. Der Sensor kontrolliert die Ebenheit beziehungsweise Planarität von Wafern mit nur einer Aufnahme. Er liefert eine genaue 3D-Darstellung der spiegelnden Oberfläche, mit der die Topologie mikrometergenau bestimmt werden kann.

Inline-Qualitätsprüfung

Der Autor: Viktor Kirchgessner ist Gruppenleiter Beratung & Vertrieb 2D/3D bei Micro-Epsilon in Ortenburg.

© Micro-Epsilon

Um 3D-Scans zu generieren, muss eine Bewegung erfolgen. Dazu werden die Laserscanner der Reihe ‚Scancontrol’ entweder per Roboter oder Verfahranlage über ein Messobjekt bewegt oder die Messobjekte etwa über Förderbänder am Scanner vorbeigeführt. Die Laserscanner gibt es mit zahlreichen Messbereichen, Red- und Blue-Laser-Technologien und Zubehör. Über die Ethernet-/GigE-Vision-Schnittstelle lassen sie sich in Bildverarbeitungs-Softwarepakete einbinden. Für die Geometrieüberwachung bieten sich die Laserscanner von Micro-Epsilon an, die sich einfach parametrieren und ohne Programmierkenntnisse in die Linie einbinden lassen.

Die Auswertung der 3D-Scans wird in der Software visualisiert, die Ergebnisse lassen sich dokumentieren und weiterverarbeiten.