Zukunft der 3D-Vision entdecken: Parallel Structured Light Technologie

Jahrelang war die Hauptforderung in der 3D-Vision, ein robotisches „Auge“ zu entwickeln, das die reale Welt so erfassen kann, wie sie ist – in Bewegung.

Konventionelle 3D-Sensing-Technologien kämpften mit dieser Herausforderung, keine von ihnen konnte schnell bewegte Objekte scannen und gleichzeitig 3D-Bilddaten liefern, die Kundenanforderungen an hohe Auflösung und Genauigkeit genügen.

Dies hat sich mit der neuartigen Parallel Structured Light Technologie geändert, die das Dilemma zwischen Qualität und Geschwindigkeit beendet. Wir sind endlich in der Zukunft der 3D-Vision angekommen.

Parallel Structured Light erklärt von Marcel Svec, Product Director der Sensors Business Unit.

In unserem vorherigen Blogartikel „Die Revolution in der Machine Vision“ diskutierten wir das Konzept des 3D-Scannens in Bewegung. Wir beantworteten, warum dies für Standardtechnologien eine Herausforderung darstellt und wie Parallel Structured Light dies überwindet. Wir tauchten tief in die Funktionsweise und den Vergleich zu anderen Ansätzen ein.

In diesem Artikel nehmen wir eine praktischere Perspektive ein.

Wie Sie wissen, ist die Parallel Structured Light Technologie in der 3D-Kamera MotionCam-3D implementiert. Heute betrachten wir die Technologie aus Geräte-Sicht: Wir gehen durch die Hauptkomponenten und Gehäuseeigenschaften der MotionCam-3D, die verschiedenen Modelle für unterschiedliche Anwendungen, ihre Scanfähigkeiten und Einsatzgebiete sowie die einzigartigen Features, die Sie mit anderen Technologien nicht erhalten.

Dafür vergleichen wir 3D-Bildausgaben der beliebtesten 3D-Sensing-Technologien mit Parallel Structured Light, um ein objektives Verständnis ihrer Leistung zu gewinnen.

Was ist MotionCam-3D?

Beginnen wir mit einer grundlegenden Erklärung, was MotionCam-3D ist:

MotionCam-3D ist eine industrielle Area-Scan-3D-Kamera – also ein robotisches „Auge“ – die für vielfältige Anwendungen zur Automatisierung industrieller, logistischer und anderer Prozesse eingesetzt werden kann. Indem sie Robotern das Sehen ermöglicht, erlaubt die Kamera ihnen, Objekte im 3D-Raum zu manipulieren oder ihre Qualität während der Fertigung zu bewerten.

Grundlegende Fakten zu MotionCam-3D

MotionCam-3D besteht aus drei Hauptteilen:

1. Ein Projektor, der Licht auf die Szene strahlt
2. Eine Kameraeinheit, die die Szene aufnimmt
3. Eine Verarbeitungseinheit, die die 3D-Daten berechnet und per Ethernet an einen PC sendet

Das Gerät kann auch per Ethernet (PoE) oder alternativ über einen 24-V-Stromanschluss versorgt werden.

Alle Komponenten sind in einem schlanken, robusten und langlebigen Carbon-Gehäuse verbaut, das weniger als 1,5 kg wiegt. Das ist besonders vorteilhaft für Hand-Auge-Anwendungen.

MotionCam-3D ist in drei verschiedenen Größen mit unterschiedlichen Scanbereichen erhältlich:

1. Modell S = kleinstes Modell mit Scanreichweite bis 60 cm. Es gibt auch eine erweiterte Version S+ mit Reichweite bis 150 cm.
2. Modell M = mittleres Modell mit Scanreichweite bis 100 cm. Die erweiterte Version M+ bietet Reichweite bis 150 cm und erhöhte Genauigkeit.
3. Modell L = größtes Modell mit Scanreichweite bis 300 cm.

Die +Modelle mit erweiterten Scanbereichen eignen sich besonders für Hand-Auge-Anwendungen.

Alle fünf Modelle bieten die gleiche Auflösung von bis zu 2 Millionen 3D-Punkten, wobei die Dichte der Punktwolke von der Scandistanz abhängt. Beispiel: Bei 1 Meter Scandistanz entspricht die Dichte 4 Punkten pro mm².

Wo kann MotionCam-3D eingesetzt werden?

Die robuste Scanleistung der MotionCam-3D ermöglicht das Scannen einer Vielzahl von Objekten aus unterschiedlichen Materialien, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Schwarzer Gummi
• Aluminium
• Kleine, dünne, glänzende Metallteile
• Kunststoffobjekte
• Karton
• Halbtransparente oder hintergrundbeleuchtete Objekte

Die Fähigkeit, diverse Materialien zu scannen, zusammen mit hoher Auflösung, Genauigkeit und Robustheit in anspruchsvollen industriellen Umgebungen und herausfordernden Bedingungen, machen MotionCam-3D zum perfekten 3D-Vision-Gerät für Automatisierung in vielfältigen Anwendungen wie:

• Bin Picking
• Palettierung und Depalettierung
• Verpackung
• Sortierung
• Kartondimensionierung
• Qualitätsinspektion
• Und viele mehr

Was macht MotionCam-3D so einzigartig im Vergleich zu anderen 3D-Sensing-Technologien?

Parallel Structured Light vs. Strukturiertes Licht

Wenn Ihr Ziel hohe 3D-Datenqualität ist, können strukturierte Lichtsensoren eine gute Wahl sein. Sie liefern robuste Daten bei hoher Genauigkeit und scannen alle Materialien und Oberflächen unter verschiedenen Bedingungen.

Sie haben jedoch eine ernste Limitation: Sie können nur verwendet werden, wenn die Szene perfekt statisch ist. Der Grund:

Ein strukturiertes Lichtsystem projiziert eine Folge von Lichtmustern auf die Szene. Bewegt sich das Objekt, bricht das projizierte Muster. Das Resultat: unlesbares Muster mit hohem Rauschen, fliegenden Artefakten oder unvollständigen Punktwolken.

Wenn Sie bewegte Szenen scannen müssen, gibt es andere, geeignetere Technologien. Sehen wir uns diese an.

Parallel Structured Light vs. Aktives Stereo / ToF

Die beliebtesten 3D-Sensing-Technologien für das Scannen von Objekten in Bewegung sind Time-of-Flight (ToF) oder aktive Stereo-Systeme.

Ihr Hauptvorteil: hohe Scangeschwindigkeit. Leider auf Kosten der Qualität. Die Auflösung dieser Systeme ist meist VGA (Video Graphics Array = Auflösungsstandard für Grafikdarstellung auf Monitoren) und ihre Genauigkeit erreicht nur wenige Millimeter. Ein weiterer Schwachpunkt: Sie können keine schönen Details an Kanten darstellen, und das 3D-Bild hat eher hohes Rauschen.

Zusammenfassend:

Einerseits gibt es aktives Stereo oder ToF-Systeme, die hohe Geschwindigkeit aber niedrige Qualität bieten.

Andererseits strukturierte Lichtsysteme, die hohe Qualität bieten, aber nicht für bewegte oder vibrierende Objekte nutzbar sind.

Aber wir wollen sowohl hohe Geschwindigkeit als auch hohe Qualität, um schnell bewegte Objekte in hoher Auflösung und Genauigkeit zu scannen. Das ist in unzähligen Anwendungen nötig – wie erreichen wir zufriedenstellende Ergebnisse?

Glücklicherweise vereint Parallel Structured Light das Beste aus beiden Welten – die Geschwindigkeit von aktivem Stereo und ToF und die Qualität strukturierter Lichtsensoren.

Sehen Sie sich die unten abgebildete Szene an, erfasst mit MotionCam-3D.

Die Szene bewegt sich, doch das 3D-Bild ist immer noch perfekt klar. Sie sehen:

• Hochauflösende Punktwolke mit 900.000 3D-Punkten
• Submillimeter-Genauigkeit
• Geringes Rauschen
• Detaillierte Konturen der gescannten Objekte
• Hohe Robustheit
• Vollständigkeit des Scans auf verschiedenen Materialien

MotionCam-3D hat auch einen Statik-Modus, der Genauigkeit und Auflösung auf 2 Mpx verdoppelt. Das macht es zu einem wahrhaft vielseitigen Gerät für alle Arten von Anwendungen.

Paradigmenwechsel, der Machine Vision transformiert

Die Parallel Structured Light Technologie beendet endlich das Dilemma, ob man für Projekte Geschwindigkeit vor Qualität oder umgekehrt bevorzugen sollte.

Sie stellt einen echten Paradigmenwechsel in der Machine-Vision-Industrie dar, da sie bestehende Anwendungen schneller und zuverlässiger macht. Gleichzeitig öffnet sie die Tür zu vielen neuen Anwendungen, die zuvor nicht möglich waren.

Hauptvorteile der MotionCam-3D:

• Einsatz in dynamischen Systemen ohne Synchronisationsbedarf
• Einsatz in Anwendungen mit nicht-linearer, sondern zufälliger Bewegung
• Beschleunigung konventioneller 3D-Anwendungen wie Bin Picking
• Nutzung für Scannen vibrierender Szenen
• Vorteil für Hand-Auge-Robotik: Roboter muss nicht anhalten zum Scannen
• Kontinuierlicher Strom hochwertiger 3D-Daten im Gegensatz zu Technologien, die nur einen Scan gleichzeitig machen
• Dank hoher Scangeschwindigkeit kann sie komplexe 2D-Anwendungen ersetzen, ohne Beleuchtung und On-Site-Kalibrierung
• Und vieles mehr – dies ist nur ein kleiner Ausschnitt der Möglichkeiten von MotionCam-3D.

Lassen Sie uns diese gemeinsam erkunden. Es ist Zeit, die Welt in Bewegung zu sehen.