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Die vorliegende Abhandlung entstand wllhrend meiner Tiitigkeit aIs Gastwissen schaftler am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik: und Automatisierung (IPA), Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt dem Leiter des Institutes, Herrn Prof. Dr.-Ing., Dr.h.c.mult. H.-J. Warnecke. Seine groJ3zigige Unterstiitzung und Forderung ha ben zur erfolgreichen Durchfiihrung dieser Arbeit beigetragen. Herrn Prof. Dr. phil. H. Tiziani, Leiter des Institutes fUr Technische Optik, danke ich fUr die eingehende Durchsicht und die wertvollen Hinweise, die sich daraus ergaben. Herrn Dr.-Ing. R.-J. Ahlers dank ich fUr seine Hilfsbereitschaft und seine fachli che Unterstiitzung, die sehr zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. Den Herrn Dr. rer.nat. K. Melchior, Dr.-lng. W. Rauh, Dipl.-Ing. B. Bieberstein danke ich fUr ihre Unterstiitzung bei der endgiiltigen Fassung dieser Abhandlung. Mein weiterer Dank gilt den Herren Dipl.-Ing. G. Pavel, Dipl.-Ing. G. Kuhn, Dipl.-Ing. E. Schmidberger, Dipl.-lng. 1. Henke, H. Kulschewski, Frau A. Mild ner und aIlen Mitarbeitem des Institutes, die mich bei der Durchfiihrung der Ar beit unterstutzt haben.
List of contents
0 Abkürzungen und Formelzeichen.- 1 Einleitung.- 2 Stand der Technik der 3D-Bildverarbeitung.- 2.1 Komponenten eines Bildverarbeitungssystems.- 2.2 Verfahren der 3D-Bildverarbeitung.- 2.3 Beleuchtung.- 3 Systemkonzeption.- 3.1 Aufgaben der Sichtprüfung.- 3.2 Aufbaukonzept.- 3.3 Funktionsweise.- 4 Untersuchung der Systemkomponenten.- 4.1 Kameras.- 4.2 Genauigkeitsmessung des Industrieroboters.- 5 Systemkalibrierung.- 5.1 Koordinatensysteme.- 5.2 Verfahren zur Systemkalibrierung.- 6 Experimentelle Erprobung.- 6.1 Geometrie- und Oberflächenprüfung.- 6.2 Vollständigkeits- und Lageprüfung.- 6.3 Geometrieprüfung an ausgedehnten Teilen.- 7 Zusammenfassung.- 8 Literatur.- A Anhang.- AI Berechnung der Drehungsparameter.- Abbildungsverzeichnis.- 2-1: Komponenten eines bildverarbeitenden Systems.- 2-2: Verfahren zum Gewinnen und Verarbeiten von ?D-Informationen.- 2-3: Laserscanner.- 2-4: Muster-Projektion.- 2-5: Gitter-Projektion (Moire-Verfahren).- 2-6: Passive Verfahren.- 2-7: Kombinationen.- 2-8: Prinzipien von Beleuchtungsarten.- 3-1: Aufbaukonzept des 3D-BV-Systems.- 3-2: Prüfablauf des 3D-BV-Systems.- 4-1: Kameramodell mit geometrischer Optik.- 4-2: Übertriebene Darstellung der Lage optischer Achse zur Bildebene.- 4-3: Prinzip der Bildmittenbestimmung.- 4-4: Steigung der Kennlinien unter verschiedenen Winkeln ?.- 4-5: Bewertung der Meßergebnisse.- 4-6: Geometrische Abbildungsfehler.- 4-7: Radialer Abbildungsfehler und Korrekturkurve.- 4-8: Geometrische Verhältnisse unter großer Defokussierung.- 4-9: Aufbau zur Untersuchung des Kameraverhaltens.- 4-10: Maßabweichungen bei vorgegebener Fokuslage.- 4-11: Anordnung des Kamerasystems.- 4-12: Größe des gesamten Sehfeldes.- 4-13: Aufbau eines Theodolitensystems für die Robotermessung.- 4-14: Systemkonfigurationund Informationsfluß.- 4-15: Testplatte mit Zielmarken.- 4-16: Orientierung des RSKS gegen das TKS.- 4-17: Meßergebnisse der translatorischen Positioniergenauigkeit.- 4-18: Orientierung des Roboterhandflansches.- 4-19: Ergebnisse der rotatorischen Positionierung.- 5-1: Koordinatensysteme des 3D-BV-Systems.- 5-2: Messung der Orientierungsparameter.- 5-3: Messung der Verschiebung x'v undyx'v.- 5-4: Messung der Verschiebung zx'v.- 6-1: Versuchsaufbau des 3D-BV-Systems.- 6-2: Das zu prüfende Blechteil.- 6-3: Korrespondenz von Kanten.- 6-4: Ermittlung der Soll-Position des Kamerasystems.- 6-5: Stereo-Bilder von den Bohrungen.- 6-6: Korrespondenz durch Grauwertvergleich.- 6-7: Gemessene x-Koordinaten des Zielpunktes.- 6-8: Gemessene y-Koordinaten des Zielpunktes.- 6-9: Gemessene z-Koordinaten des Zielpunktes.- 6-10: Gemessene Länge der Objektstrecke.- 6-11: Vollständigkeitsprüfung einer Halbleiterplatine.- 6-12: Das integriertes Qualitätsprüfsystem.- Tabellenverzeichnis.- 3-1: Definition und Quantifizierung von Prüfaufgaben.- 4-1: Standardabweichung bei Messungen unter Defokussierug.
