Durch den Einsatz einer kürzlich patentierten Technologie reduziert Cognex den Speckle-Effekt von Laserlinien und optimiert dadurch Triangulations-basierte 3D-Bildverarbeitungslösungen. Das Embedded-Vision-System In-Sight 3D-L4000 ist das erste Produkt, das die Vorteile des blauen Lasers nutzt.
Das Laser-Triangulationsverfahren hat sich als maßgebliche Technologie für die 3D-Bildverarbeitung etabliert, um hochaufgelöste und präzise 3D-Bilddaten zu generieren. Eine Schwachstelle des Verfahrens ist seit jeher, dass die projizierten Laserlinien so genannte Speckles aufweisen. Dieses physikalische Phänomen entsteht durch Interferenzeffekte des Laserlichts, das von der Prüfoberfläche reflektiert wird und dadurch helle und dunkle Punkte auf dem Kamerachip oder im Auge des Betrachters erzeugt, wo eigentlich eine scharfe Linienprojektion gewünscht ist. So entsteht im 3D-Laser-Triangulationssystem ein störendes Bildrauschen. Aus diesem Grund versuchen Entwickler bereits seit Jahren mit verschiedenen Methoden, Speckles zu reduzieren. Bisherige Bemühungen mit vertretbarem Mehraufwand führten jedoch nicht zu nennenswert besseren Ergebnissen.
Ansatz mit Schutzklasse 2M
Mit einem inzwischen patentierten Verfahren hat Cognex eine Lösung gefunden, um das Auftreten und die Effekte von Speckles zu minimieren und extrem gerade, saubere und helle Laserlinien zu erzeugen. „Grundlage der neuen Technologie ist ein blauer Laser mit einer Wellenlänge von 450nm“, erläutert Thomas Ruhnau, Director of Engineering bei Cognex, der die Entwicklung des integrierten Lasers von Anfang an begleitet hat. „Der Laserstrahl wird anschließend von einem mikroelektromechanischen Spiegel mit Ultraschallschwingungen in einer Ebene so abgelenkt, dass ein gefächerter Strahl entsteht. Dieser wird dann auf eine Diffusoroptik geleitet, welche einen perfekten Laserfächer mit einer genau definierten Breite und einer Intensitätsverteilung erzeugt, die entlang der Linie absolut gleichmäßig ist und die Entstehung von Speckle im Ansatz unterbindet.“ Für die hohe Qualität der so erzeugten Laserlinie sorgt laut Ruhnau zudem eine spezielle Feldlinse, die den gefächerten Laser bündelt. Das Zusammenspiel der optischen Elemente ermöglicht eine Laserlinie, die im Vergleich zu herkömmlichen Laserliniengeneratoren keinen signifikanten Lichtverlust aufweist und auf diese Weise die optimalen Voraussetzungen für verbesserte Ergebnisse von 3D-Visionlösungen schafft.
Ein weiterer Pluspunkt ist, dass das System robust genug für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen ist und dennoch innerhalb der Sicherheitsgrenzen für Laser der Schutzklasse 2M arbeitet. Grund dafür ist das eingesetzte Projektionsverfahren: Da die Laserlinie in voller Breite projiziert und nicht von einem einzelnen Lichtpunkt gezeichnet wird, bleibt die Linienhelligkeit hoch, während die Lichtmenge sinkt, die ein Sicherheitsrisiko für Personen darstellen könnte. „Durch die sehr schnelle Bewegung des Lasers über die Diffusoroptik gibt es keine stehende Punktquelle, die im Auge einer Person abgebildet werden und Schaden anrichten könnte“, verdeutlicht Ruhnau. „Dadurch steigt die Sicherheit für das Bedienpersonal und es bestehen geringere Anforderungen an die Sicherheitsausrüstung.“
Doppelt so schnell dank neuer Technologie
Cognex hat die Speckle-freie blaue Laseroptik bereits in einem ersten Produkt integriert: Das 3D-Vision-System In-Sight 3D-L4000 nutzt die Vorzüge dieser Technologie und ermöglicht Anwendern damit mindestens doppelt so hohe Prüfgeschwindigkeiten wie vergleichbare Wettbewerbsprodukte. Neben den qualitativ besseren Ergebnissen verfügt das System jedoch noch über weitere Vorzüge, so Ruhnau: „Üblicherweise erfordern 3D-Bildverarbeitungssysteme einen externen, leistungsstarken Rechner, um die aufgenommenen Bilder zu verarbeiten. Als intelligentes 3D-System ist In-Sight 3D-L4000 bereits mit ausreichend integrierter Rechenleistung und geeigneten 3D- sowie 2D-Vision-Tools ausgestattet, um die Inspektion echter 3D-Punktewolken durchzuführen.“ Cognex plant, seine neue Speckle-freie Lasertechnologie künftig noch in weitere Produkte zu integrieren, verrät Ruhnau.
