Streifenlichtprojektion

Streifenlichtprojektion ist ein berührungsloses Verfahren des 3D-Scannens, bei dem ein Projektor bekannte Lichtmuster, meist eine Folge von Streifen, auf die Oberfläche eines Objekts wirft und eine oder zwei Kameras erfassen, wie sich das Muster auf dem Objekt verzerrt (auch Scannen mit strukturiertem Licht, englisch structured light scanning oder fringe projection). Aus dieser Verzerrung und der bekannten Lage von Projektor und Kameras zueinander werden die 3D-Koordinaten der Oberflächenpunkte per Triangulation berechnet.

Bei jeder Aufnahme projiziert der Scanner eine Serie von Streifenmustern mit unterschiedlicher Streifenbreite und Phasenverschiebung und erhält so Koordinaten für praktisch jedes Kamerapixel. Eine Aufnahme dauert Sekundenbruchteile bis wenige Sekunden und erfasst das ganze Messfeld mit bis zu Millionen Punkten. Das Bauteil wird von mehreren Seiten aufgenommen, die Einzelaufnahmen werden über aufgeklebte Referenzpunkte oder anhand der Geometrie zusammengefügt. Moderne Scanner nutzen Weißlicht oder Blaulicht, wobei schmalbandiges Blaulicht weniger empfindlich auf Umgebungslicht reagiert.

Stationäre Scanner stehen auf einem Stativ, oft mit Drehtisch, oder sitzen an einem Roboter in einer automatisierten Messzelle. Je nach Optik decken sie Messfelder von einigen Zentimetern bis etwa einem Meter ab: Je kleiner das Messfeld, desto feiner die Details und desto höher die Genauigkeit, typischerweise 0,02 bis 0,05 mm, bei den kleinsten Messfeldern auch besser. Handgeführte Streifenlichtscanner sind flexibler, aber meist weniger genau, etwa 0,05 bis 0,1 mm.

Jeder Punkt muss sowohl für den Projektor als auch für die Kamera sichtbar sein. Tiefe, schmale Bohrungen, Nuten und innere Hohlräume fehlen deshalb. Glänzende, transparente und sehr dunkle Oberflächen reflektieren oder schlucken das Licht und werden vor dem Scannen mit einer dünnen Schicht Pulver oder sublimierendem Scanspray mattiert.

Die Streifenlichtprojektion ist die übliche Wahl für kleine und mittelgroße Bauteile, bei denen es auf Details und die Genauigkeit der gesamten Oberfläche ankommt: Spritzgussteile, Gussteile, Schmiedeteile, Schaufeln, Formen, Elektroden, 3D-gedruckte Teile und Konsumgüter. Sie eignet sich für die Erstmusterprüfung, den Vergleich mit dem CAD-Modell und das Reverse Engineering von Freiformteilen. Größere Teile erfasst sie mit Referenzpunkten oder zusammen mit Photogrammetrie.

Gegenüber einem handgeführten Laserscanner ist sie bei kleinen Teilen meist genauer und detailreicher. Der Laser ist dagegen bei großen Objekten, beim Scannen im laufenden Betrieb und auf dunklen oder glänzenden Flächen praktischer. Im Vergleich zur Koordinatenmesstechnik erfasst sie die gesamte Oberfläche, genaue Bohrungen und Passungen misst ein KMG jedoch zuverlässiger.

Die angegebene Genauigkeit eines Scanners gilt für ideale Bedingungen und ein bestimmtes Messfeld (Hersteller prüfen sie üblicherweise nach der Richtlinie VDI/VDE 2634). Die tatsächliche Genauigkeit des Scans hängt auch vom Zusammenfügen der Aufnahmen, von Vibrationen und Temperaturänderungen ab und davon, ob sich das Bauteil beim Scannen bewegt hat. Fragen Sie deshalb nach der Genauigkeit für die jeweilige Bauteilgröße und danach, wie die Aufnahmen verknüpft werden.

Die Mattierungsschicht ist einige Mikrometer dick, bei ungleichmäßigem Auftrag auch mehr, und muss bei Präzisionsmessungen berücksichtigt werden. Scharfe Kanten und dünne Wände erscheinen in den Daten oft verrundet oder unvollständig, kleine oder tiefe Bohrungen fehlen mitunter ganz. Vereinbaren Sie für solche Merkmale eine taktile Nachmessung. Geben Sie im Auftrag an, ob Sie Rohdaten, ein bereinigtes, geschlossenes Polygonnetz oder einen Soll-Ist-Vergleich mit dem CAD-Modell wünschen.