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Einer der wesentlichen Vorteile des QTSculptor-Systems ist seine
einfache Konfigurierbarkeit für verschiedene Meßbereiche
und Objektgrößen. Der Zusammenhang zwischen
Objektgröße, Meßbereich, Anzahl der
benötigten Aufnahmen und Meßgenauigkeit wird in den
folgenden Absätzen erläutert.
Sensorkopf und Stativ
Der Sensorkopf für die Streifenprojektionsmethode besteht aus
einem Weißlicht LCD-Projektor und einer CCD-Kamera. Da es
weder bei der Kamera noch beim Projektor mechanisch bewegliche
Teile gibt, ist eine hohe Reproduktionsgenauigkeit bei der Messung
und die Langlebigkeit aller Komponenten garantiert. Mit dem
Projektor werden in schneller Folge verschiedene Streifenmuster auf
das Objekt projiziert und mit der CCD-Kamera aufgenommen. Durch
rechnerische Kombination der Streifenmuster wird die Geometrie des
Objekts vermessen.
Meßbereiche
Der Meßbereich des Systems kann vom Benutzer
ohne großen Aufwand selbst konfiguriert werden. Nach unten
hin ist der Meßbereich im wesentlichen durch die eingesetzten
Objektive beschränkt.
In der Standardkonfiguration ist der kleinste Meßbereich
etwa 100mm x 100mm. Nach oben ist der Meßbereich nur durch
die Lichtleistung des Projektors bzw. den ereichbaren Kontrast der
Projektion auf der Objektoberfläche beschränkt.
Mit der Standardkonfiguration sind Meßbereiche von 1000mm
Kantenlänge oder unter günstigen Lichtverhältnissen
auch deutlich mehr erreichbar. Für große
Meßbereiche wird empfohlen, das Umgebungslicht abzudunkeln.
Für Meßbereiche kleiner als 100mm wird ein
Austauschobjektiv für den Sensorkopf empfohlen, mit dem der
Meßbereich auf 60mm x 60mm verkleinert werden kann.
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Standardobjektiv
(150mm)
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Wechselobjektiv
(100mm)
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Meßbereich [mm]²
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Meßabstand [mm]
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Meßbereich [mm]²
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Meßabstand [mm]
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100 x 100
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500
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60 x 60
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260
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200 x 200
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702
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100 x 100
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312
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300 x 300
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944
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150 x 150
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379
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400 x 400
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1186
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200 x 200
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445
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500 x 500
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1460
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250 x 250
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511
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750 x 750
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2033
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300 x 300
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577
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1000 x 1000
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2683
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350 x 350
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643
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1500 x 1500
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3850
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400 x 400
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710
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2000 x 2000
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5060
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500 x 500
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842
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Tabelle 1: Meßbereich für Standard-
und Wechselobjektiv
Meßgenauigkeit
Die Meßgenauigkeit des 3D-Sensors skaliert sich
entsprechend dem Meßbereich mit.
Dabei ist zwischen der lateralen Auflösung und der
Tiefenauflösung zu unterscheiden. Die laterale Auflösung
ergibt sich unmittelbar aus der Auflösung der Kamera. Sie
bestimmt den Abstand der Meßpunkte auf der
Objektoberfläche.
Die Tiefenauflösung ergibt sich aus dem Meßprinzip und
ist etwa 5-mal genauer als die laterale Auflösung. Bei einer
Kamera mit 1000 Pixel Auflösung liegt die relative Genauigkeit
des 3D-Sensors bei etwa 1:5000.
Für den kleinsten Meßbereich mit 100mm Kantenlänge
ergibt sich somit eine Genauigkeit von 0.02mm in der Tiefe und ein
lateraler Punktabstand von 0.1mm.
Für einen Meßbereich von 1000mm Kantenlänge ergibt
sich eine Genauigkeit von 0.2mm in der Tiefe und ein lateraler
Punktabstand von etwa 1mm.
Den Zusammenhang zwischen Kameraauflösung, Meßbereich
und Objektabstand ergibt sich aus Tabelle 2.
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Eigenschaften
Sensorkopf
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Auflösung
für
100 / 500 / 1000 mm Bildfeld
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Sensorkopf
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Auflösung
Messraster
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Aufnahmezeit in Sekunden
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laterale Auflösung in [mm]
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mittlere Meßgenauigkeit in
[mm]
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High-Res
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1280 x 960
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4.8 sec.
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0.08 / 0.39 / 0.78
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0.015 / 0.078 / 0.15
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Standard
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1024 x 768
|
2.4 sec
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0.10 / 0.49 / 0.98
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0.020 / 0.098 / 0.20
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Fast
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780 x 580
|
1.2 sec.
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0.13 / 0.64 / 0.41
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0.026 / 0.128 / 0.26
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Ultra-Fast
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640 x 480
|
0.6 sec.
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0.16 / 0.78 / 1.56
|
0.031 / 0.156 / 0.31
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Tabelle 2: Auflösung und
Meßgenauigkeit der Sensorköpfe
Je nach Eigenschaften der Objektoberfläche
kann die tatsächlich erreichbare Meßgenauigkeit leicht
variieren. Mit QTSculptor kann die erreichte Messgenauigkeit
während der Registrierung kontrolliert werden.
Objektgröße
Die Objektgröße kann kleiner oder auch
größer als der Meßbereich sein. Kleine Objekte
können mit der Genauigkeit vermessen werden, die durch den
kleinstmöglichen Meßbereich mit 100mm Kantenlänge
(Standardobjektiv) vorgegeben ist.
Für größere Objekte steigt der Aufwand für
die vollständige Rundumerfassung entsprechend mit der Anzahl
der notwendigen Aufnahmen.
Die Standardkonfiguration ist geeignet für Objekte zwischen
30mm und 2000mm.
Anzahl der Aufnahmen
Die Anzahl der Aufnahmen wird durch die
Größe des Objekts und dessen Komplexität
bestimmt.
Für Objekte, deren Größe zum Meßbereich
passt, sind je nach Komplexität des Objekts typischerweise
zwischen 15 und 30 Aufnahmen für eine vollständige
Erfassung notwendig. Beispielsweise werden 8 Aufnahmen schräg
von oben gemacht, 8 Aufnahmen schräg von unten, eine Aufnahmen
von oben und eine Aufnahme von unten.
Für größere Objekte steigt die Anzahl der
Aufnahmen entsprechend. Mit QTSculptor können auch sehr
große Datenvolumen von mehreren hundert Aufnahmen problemlos
verarbeitet werden.
Meßdauer
Die minimale Zeit zur Gewinnung einer 3D-Aufnahme
wird durch den Sensorkopf bestimmt. Die Minimalzeiten sind in
Tabelle 2 wiedergegeben.
Um auch sehr kritische (z.B. dunkle) Oberflächen vermessen zu
können, kann die Aufnahmezeit mit QTSculptor erhöht
werden. Dies maximiert den vermessbaren Bereich und erhöht je
nach Beschaffenheit der Objektoberfläche die
Datenqualität.
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