3D-Sensor 3D-Sensoren sind wirtschaftlich und erhöhen Detektionssicherheit

Autor / Redakteur: Reinhold Schäfer / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Die Messtechnik rückt immer weiter nach vorn in der Produktionsreihenfolge. Möglich wurde dies auch durch die Weiterentwicklung in der Sensortechnik. Ein Beispiel dafür sind 3D-Sensoren, die bei der Objekterkennung sowie bei der Breiten-, Höhen- und Positionsbestimmung verwendet werden.

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Bild 1: Die 3D-Sensorik gewinnt in der Automatisierungstechnik ständig an Bedeutung. Im Bild unterstützt der Sensor die Greifersteuerung eines Roboterarms.
Bild 1: Die 3D-Sensorik gewinnt in der Automatisierungstechnik ständig an Bedeutung. Im Bild unterstützt der Sensor die Greifersteuerung eines Roboterarms.
(Bild: Leuze Electronic)

Die 3D-Sensorik gewinnt in der Automatisierungstechnik ständig an Bedeutung (Bild 1). Sie rückt von der Hochpreisnische in den praktisch nutzbaren Bereich. „Bisher haben wir in der Optosensorik von messenden und auch schaltenden Systemen gesprochen, die mit ihrem Lichtstrahl die Entfernung oder das Vorhandensein eines Objektes feststellen können. Diese sogenannten einstrahligen Systeme enthalten in der Regel alle energetisch oder geometrisch nutzbare Abstandsinformationen“, erläutert Ulrich Balbach, Geschäftsführer bei der Leuze Electronic GmbH + Co. KG in Owen.

Vom zweidimensionalen System zur Tiefeninformation

Daneben gebe es flächenbeleuchtete, kamerabasierte Systeme, die zweidimensional in der Ebene, meist hoch aufgelöst, Flächenelemente – Bildpunkte oder Pixel – bezüglich ihrer Hell-Dunkel-Verteilung bewerten. Kombiniere man nun die Abstandsinformation der einstrahligen Systeme und deren hohen Energieeintrag ihrer Beleuchtung mit der flächigen Auswertung eines Kamerachips, erhalte man zusätzlich eine Tiefeninformation – die sogenannte dritte Dimension. „Man bekommt so entlang einer Laserlinie pro Bildpunkt nicht nur den Ort im X/Y-Koordinatensystem und den Helligkeitswert, sondern zusätzlich auch noch den Abstandswert in der Z-Koordinate“, so Balbach.

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Vorteil dieser Technik im Vergleich zu bisher üblichen sei, dass die zusätzliche Abstandsinformation die Anwender deutlich unabhängiger von Helligkeits- oder Farbunterschieden auf dem Objekt mache. Eine Körperkante beispielsweise könne auf diese Weise sicher von einem Hell-Dunkel-Übergang in der Szenerie unterschieden werden. Das bringe Detektionssicherheit. Außerdem sei der Energieeintrag unter Berücksichtigung der Augensicherheit bei der verwendeten, strukturierten Beleuchtung um den Faktor 1000 höher.

Bisher scheiterte der Einsatz von 3D-Sensoren am hohen Preis

„Eine größere Verbreitung im Markt scheiterte bislang hauptsächlich an dem hohen Preis von 3D-Sensoren sowie an der äußerst aufwendigen Weiterverarbeitung der 3D-Punktewolke“, erklärt Balbach. „Hinzu kam, dass die bis dato erhältlichen Sensoren aufgrund ihrer Baugröße schwer integrierbar waren und ihre dauerhafte Verfügbarkeit nicht sichergestellt war.“

Inzwischen gebe es äußerst kompakte Sensoren, welche die Datenvorverarbeitung bereits im Gerät enthalten. Außerdem komme das Preis-Leistungs-Verhältnis in einen Korridor, der das Verfahren in dem Serienmaschinengeschäft einsetzbar mache. Diese Sachverhalte brächten die 3D-Sensorik auf den Vormarsch.

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