Messsystem zur Erfassung von Objektgeometrien mit Laserlichtschnittverfahren

David Auzinger

Messsystem zur Erfassung von Objektgeometrien mit Laserlichtschnittverfahren

Translated title of the contribution: Measurement system for capturing object geometries using laser-light-section

David Auzinger

Institute of Measurement Technology

Research output: Thesis › Master's / Diploma thesis

Abstract

Computer controlled manufacturing as well as 3D-printing allow the realisation of complex object geometries based on digital CAD-models. Vice-Versa 3D-scanners allow the mapping of complex object geometries to CAD-models. The light-section method with a line-laser allows a cheap realisation of such a 3D-scanner. The setup created for this thesis combines two approaches, a rotation of the object to be scanned in combination with a fixed line-laser and a linear movement of a second laser to allow the acquisition of complex object geometries by reducing potential shadowing. The setup consists of the aforementioned lasers, a measurement-camera, the kinematics with the necessary control electronics and a computer. Calibration experiments were developed on the basis of a mathematical model of the setup to identify its parameters. The evaluation of measurement data is also based on this model and the previously identified parameters. The images acquired by the camera are filtered and processed in several steps to obtain a point-cloud representation of the scanned object. This point-cloud can either be used to directly extract information about the object, or it can be further processed using the freely available program CloudCompare to reconstruct the object surface. To close the loop, this surface can be used to create a 3D-printable model which can then be used to create a replica of the original object. Furthermore, the achievable measurement uncertainty u <= 0.33mm with a 95.5% confidence interval was studied. The camera was identified as a limiting factor. After the study of design-inherent limitations of the measurement method as well as the discussion of possible solutions, a number of sample objects are introduced to demonstrate the capabilities of the system.

Translated title of the contribution	Measurement system for capturing object geometries using laser-light-section
Original language	German (Austria)
Publication status	Published - May 2018

Fields of science

202012 Electrical measurement technology
202024 Laser technology
102003 Image processing
202027 Mechatronics

JKU Focus areas

Mechatronics and Information Processing

Cite this

@mastersthesis{c50a962199ce4f5d90d38da403f5ff2d,

title = "Messsystem zur Erfassung von Objektgeometrien mit Laserlichtschnittverfahren",

abstract = "Computergesteuerte Fertigungsverfahren und auch der 3D-Druck erm{\"o}glichen die Herstellung komplexer Objektgeometrien anhand von digitalen CAD-Modellen. Umgekehrt erm{\"o}glichen 3D-Scanner das Abbilden komplexer Objektgeometrien als CAD-Modelle. Das Lichtschnittverfahren mit einem Linienlaser erlaubt eine kosteng{\"u}nstige Realisierung eines solchen 3D-Scanners. Der im Rahmen dieser Masterarbeit konstruierte Messaufbau kombiniert zwei Ans{\"a}tze, eine Drehung des Messobjektes vorbei an einem fix positionierten Linienlaser und eine lineare Bewegung eines zweiten Linienlasers um trotz m{\"o}glicher Abschattungen auch komplexe Objektgeometrien erfassen zu k{\"o}nnen. Zus{\"a}tzlich werden eine Messkamera, die Kinematik mit der notwendigen Steuerungselektronik und ein Computer ben{\"o}tigt. Anhand eines mathematischen Modells der Messanordnung wurden Kalibrierversuche zur Parameteridentifikation entwickelt. Die Auswertung von Messdaten basiert wiederum auf dem Modell und den identifizierten Parametern. Die Aufnahmen der Messkamera werden dabei in mehreren Verarbeitungsschritten gefiltert und aufbereitet um zu einer Punktwolkendarstellung des Messobjektes zu gelangen. Aus der Punktwolke k{\"o}nnen einerseits direkt Objektinformationen gewonnen werden, andererseits kann sie, u.a. mit der frei verf{\"u}gbaren Software CloudCompare, weiterverarbeitet werden um die Objektoberfl{\"a}che zu rekonstruieren. Um den Kreis zu schlie{\ss}en kann aus einer solchen Oberfl{\"a}che ein 3D druckbares Modell erstellt, und so das Messobjekt repliziert werden. Dar{\"u}ber hinaus wurde die mit dem Messaufbau erreichbare Messunsicherheit u <= 0.33mm bei einem 95.5\% Konfidenzintervall untersucht. Dabei konnte vor allem die verwendete Kamera als limitierender Faktor identifiziert werden. Nach der Untersuchung von konzeptbedingten Einschr{\"a}nkungen der Messmethode sowie der Diskussion von L{\"o}sungsans{\"a}tzen wird eine Auswahl an Testobjekten vorgestellt, mittels derer die Leistungsf{\"a}higkeit des Systems demonstriert wird.",

author = "David Auzinger",

year = "2018",

month = may,

language = "Deutsch ({\"O}sterreich)",

}

TY - THES

T1 - Messsystem zur Erfassung von Objektgeometrien mit Laserlichtschnittverfahren

AU - Auzinger, David

PY - 2018/5

Y1 - 2018/5

N2 - Computergesteuerte Fertigungsverfahren und auch der 3D-Druck ermöglichen die Herstellung komplexer Objektgeometrien anhand von digitalen CAD-Modellen. Umgekehrt ermöglichen 3D-Scanner das Abbilden komplexer Objektgeometrien als CAD-Modelle. Das Lichtschnittverfahren mit einem Linienlaser erlaubt eine kostengünstige Realisierung eines solchen 3D-Scanners. Der im Rahmen dieser Masterarbeit konstruierte Messaufbau kombiniert zwei Ansätze, eine Drehung des Messobjektes vorbei an einem fix positionierten Linienlaser und eine lineare Bewegung eines zweiten Linienlasers um trotz möglicher Abschattungen auch komplexe Objektgeometrien erfassen zu können. Zusätzlich werden eine Messkamera, die Kinematik mit der notwendigen Steuerungselektronik und ein Computer benötigt. Anhand eines mathematischen Modells der Messanordnung wurden Kalibrierversuche zur Parameteridentifikation entwickelt. Die Auswertung von Messdaten basiert wiederum auf dem Modell und den identifizierten Parametern. Die Aufnahmen der Messkamera werden dabei in mehreren Verarbeitungsschritten gefiltert und aufbereitet um zu einer Punktwolkendarstellung des Messobjektes zu gelangen. Aus der Punktwolke können einerseits direkt Objektinformationen gewonnen werden, andererseits kann sie, u.a. mit der frei verfügbaren Software CloudCompare, weiterverarbeitet werden um die Objektoberfläche zu rekonstruieren. Um den Kreis zu schließen kann aus einer solchen Oberfläche ein 3D druckbares Modell erstellt, und so das Messobjekt repliziert werden. Darüber hinaus wurde die mit dem Messaufbau erreichbare Messunsicherheit u <= 0.33mm bei einem 95.5% Konfidenzintervall untersucht. Dabei konnte vor allem die verwendete Kamera als limitierender Faktor identifiziert werden. Nach der Untersuchung von konzeptbedingten Einschränkungen der Messmethode sowie der Diskussion von Lösungsansätzen wird eine Auswahl an Testobjekten vorgestellt, mittels derer die Leistungsfähigkeit des Systems demonstriert wird.

AB - Computergesteuerte Fertigungsverfahren und auch der 3D-Druck ermöglichen die Herstellung komplexer Objektgeometrien anhand von digitalen CAD-Modellen. Umgekehrt ermöglichen 3D-Scanner das Abbilden komplexer Objektgeometrien als CAD-Modelle. Das Lichtschnittverfahren mit einem Linienlaser erlaubt eine kostengünstige Realisierung eines solchen 3D-Scanners. Der im Rahmen dieser Masterarbeit konstruierte Messaufbau kombiniert zwei Ansätze, eine Drehung des Messobjektes vorbei an einem fix positionierten Linienlaser und eine lineare Bewegung eines zweiten Linienlasers um trotz möglicher Abschattungen auch komplexe Objektgeometrien erfassen zu können. Zusätzlich werden eine Messkamera, die Kinematik mit der notwendigen Steuerungselektronik und ein Computer benötigt. Anhand eines mathematischen Modells der Messanordnung wurden Kalibrierversuche zur Parameteridentifikation entwickelt. Die Auswertung von Messdaten basiert wiederum auf dem Modell und den identifizierten Parametern. Die Aufnahmen der Messkamera werden dabei in mehreren Verarbeitungsschritten gefiltert und aufbereitet um zu einer Punktwolkendarstellung des Messobjektes zu gelangen. Aus der Punktwolke können einerseits direkt Objektinformationen gewonnen werden, andererseits kann sie, u.a. mit der frei verfügbaren Software CloudCompare, weiterverarbeitet werden um die Objektoberfläche zu rekonstruieren. Um den Kreis zu schließen kann aus einer solchen Oberfläche ein 3D druckbares Modell erstellt, und so das Messobjekt repliziert werden. Darüber hinaus wurde die mit dem Messaufbau erreichbare Messunsicherheit u <= 0.33mm bei einem 95.5% Konfidenzintervall untersucht. Dabei konnte vor allem die verwendete Kamera als limitierender Faktor identifiziert werden. Nach der Untersuchung von konzeptbedingten Einschränkungen der Messmethode sowie der Diskussion von Lösungsansätzen wird eine Auswahl an Testobjekten vorgestellt, mittels derer die Leistungsfähigkeit des Systems demonstriert wird.

UR - http://www.jku.at

M3 - Master-/Diplomarbeit

ER -

Messsystem zur Erfassung von Objektgeometrien mit Laserlichtschnittverfahren

Abstract

Fields of science

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