Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

Automatisierte dreidimensionale Objekterfassung mittels robotergeführtem optischen 3D-Scanningsystem

Industrieroboter gewinnen durch ihre vielfältige Einsetzbarkeit sowohl in vielen Bereichen der Industrie als auch in der Messtechnik an Interesse. In Verbindung mit einem optischen Messsystem ermöglicht sie neue, hochgenaue und zugeschnittene 3D-Aufnahmeverfahren. Angestrebt wird in diesen Projekt, komplexe Messobjekte zu erfassen und dafür Informationen des vorhandenen Roboters für etwaige Messaufgaben zur Verfügung zu stellen.
Motivation und Ziele: 

Industrieroboter gewinnen durch ihre vielfältige Einsetzbarkeit sowohl in vielen Bereichen der Industrie als auch in der Messtechnik an Interesse. In Verbindung mit einem optischen Messsystem ermöglicht sie neue, hochgenaue und zugeschnittene 3D-Aufnahmeverfahren. Bereits in vergangenen Projekt- und Masterarbeiten sind für diese Verbindung grundlegende Untersuchungen erfolgt. Die bestehenden Konzepte werden hier aufgefasst und erweitert. Zum einen wird die Kommunikation und Steuerung überarbeitet und ausgebaut. Zum anderen gilt es die automatisierte dreidimensionale Objekterfassung weiterzuentwickeln. Für die Verknüpfung von Punktwolken benötigt es im allgemeinen Referenzpunkte. Über diese Referenzpunkte kann die Beziehung zweier Punktwolken hergestellt werden. Jedoch beinhaltet dies auch einen Verlust an Informationen, da das Objekt an der Stelle der Referenzpunkte nicht erfasst werden kann. U.a. wird aus diesem Grund nach einer Verknüpfbarkeit für Punktwolken von Objekten ohne Referenzpunkte gesucht. Zudem eröffnet eine referenzpunktlose Messung die Möglichkeit der Aufnahme von bspw. antiken Objekten, bei denen ein Anbringen von Referenzpunkten undenkbar ist. Realisiert wird dieses über die Beziehung zwischen dem Koordinatensystem des Industrieroboterarms und dem des optischen Messsystems. Diese Beziehung ermöglicht eine Transformation mit anschließender Verknüpfung der Punktwolken in ein übergeordnetes Koordinatensystem. Die entwickelte Beziehung bietet eine automatisierte Messung an, welche sowohl zeit- als auch kostenersparend ist.

Aktivitäten: 

Die Hochschule Mainz/i3mainz ist seit 2016, durch die Eröffnung des von der Carl-Zeiss-Stiftung „Invest“ geförderten Labors für angewandte Robotertechnik ROBOLAB, in Besitz eines mobilen Roboters (MM-800 der Neobotix GmbH bestehend aus mobiler Plattform Neobotix MP-800 und Industrieroboterarm KR16 der Firma Kuka AG). Dieser erlaubt grundsätzlich in der Messtechnik neue, hochgenaue und zugeschnittene 3D-Aufnahmeverfahren, um dreidimensionale Modelle zu erstellen. Dabei wird eine Kombination des Roboters mit einem Streifenlichtprojektionsscanner (GOM ATOS Core 500) angestrebt, um u.a. archäologische Objekte automatisiert zu erfassen. Angestrebt wird, komplexe Messobjekte zu erfassen und weitere Informationen des vorhandenen Roboters für etwaige Messaufgaben zur Verfügung zu stellen. Konkret bedeutet das die Realisierung einer referenzpunktlosen Messung, bei welcher die Positionierung und Ausrichtung des Roboterarms die Grundlage zur Verknüpfung der einzelnen Scans auf das Objekt liefert.

Ergebnisse: 

Entwicklung, Umsetzung und Verifizierung eines Kalibrierprozesses zur Überführung der 3D-Messdaten des optischen Nahbereichsscanners in das robotereigene Koordinatensystem (Abb. 2 zeigt die Beziehung zwischen den einzelnen Koordinatensystemen). Unter Angabe verschiedener Roboterpositionen und Orientierungen (Tool Center Point), konnte der Nahbereichsscanner absolut orientiert werden und die Oberfläche eines Objektes ohne photogrammetrische Referenzmarken dreidimensional erfassen. Ein räumlicher Vergleich zweier Einzelscans ist in Abb. 3 dargestellt, wobei keine Best-Fit Anpassung beider Einzelscans stattgefunden hat.

Eckdaten

Zeitraum:     01.09.2017 - 28.02.2018
  • – Sandro Mertens
  • – Thomas Müller
  • – Alexander Rolwes
Kooperation:
  • – Carl-Zeiss-Stiftung
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Nachrichten

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