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Technologie · Glänzende, ölige und metallische Teile

3D-Bildverarbeitung für glänzende, ölige und metallische Teile

Gefräster Stahl, geölte Rohlinge, lackierte Stoßfänger, eingeschweißte Pakete: Bei genau diesen Teilen liefern 3D-Kameras am häufigsten Löcher, Rauschen und Punkte, die es gar nicht gibt. Dieser Leitfaden erklärt, warum das so ist, wie sich die gängigen 3D-Verfahren schlagen – und wie eine Lichtfeldkamera wie LumiScan X diese Oberflächen so zuverlässig erfasst, dass ein Roboter danach greifen kann.

Warum Reflexionen die 3D-Messung stören

Fast jede 3D-Kamera beruht auf derselben Annahme: Ein Punkt auf dem Teil sieht aus jeder Richtung gleich aus. Für matte Oberflächen stimmt das, denn sie streuen das Licht diffus. Eine glänzende Oberfläche verhält sich eher wie ein Spiegel. Sie wirft den Großteil des Lichts in eine Richtung zurück – was die Kamera sieht, hängt also davon ab, wo Kamera, Lampe und Teil stehen, und nicht nur von der Form des Teils.

Die meisten Industrieteile liegen dazwischen: Gefräster oder gestrahlter Stahl hat eine breite Glanzkeule, Lack setzt eine scharfe Spiegelung auf die Farbe, und ein Ölfilm macht aus einer rauen Oberfläche eine glatte, glänzende. Daraus folgen vier Effekte:

1

Gesättigte Glanzlichter

Wo die Spiegelung einer Lampe in die Kamera fällt, laufen die Pixel in die Sättigung. Dort bleibt keine Textur zum Messen übrig – die Punktwolke hat ein Loch.

2

Glanzlichter, die wandern

Eine Spiegelung haftet nicht an der Oberfläche, sie wandert mit dem Blickwinkel. Ein Verfahren, das Merkmale zwischen zwei Ansichten zuordnet, hält sie leicht für einen Oberflächenpunkt und setzt sie in die falsche Tiefe – die „Geisterpunkte“, denen der Roboter dann ausweicht.

3

Reflexionen zwischen Teilen

In der vollen Kiste springt Licht von einem Teil zum nächsten. Projizierte Muster und Laserlinien landen an Stellen, auf die sie nie gerichtet waren, und aktive Sensoren lesen daraus falsche Tiefen.

4

Zu wenig Licht zurück

Dunkles, poliertes Metall streut kaum diffuses Licht zurück. Neben hellen Glanzlichtern reicht der Dynamikumfang einer Belichtung oft nicht aus, und die dunklen Bereiche gehen im Rauschen unter.

glänzende Oberfläche Lampe Ansichten Oberflächenpunkt: bleibt an seinem Ort Glanzlicht: wandert mit der Ansicht
Auf einer glänzenden Fläche sieht jede Ansicht die Spiegelung der Lampe an einer anderen Stelle (gelb). Einen echten Oberflächenpunkt (grau) sehen alle Ansichten am selben Ort. Mit vielen Ansichten lassen sich beide unterscheiden.

Ausführlich: Warum glänzende Teile 3D-Kameras täuschen

Die 3D-Verfahren im Vergleich

Kein 3D-Verfahren ist immun gegen Glanz. Sie scheitern auf unterschiedliche Weise – und manche Fehlerbilder lassen sich in einer Roboterzelle leichter beherrschen als andere.

VerfahrenWie es Tiefe gewinntBei glänzenden, öligen, metallischen TeilenWo es stark ist
Passives Stereoordnet Textur zwischen zwei Ansichten zuGlanzlichter sehen in beiden Ansichten verschieden aus – Fehlzuordnungen und Löchertexturierte, matte Szenen; günstig
Aktives Stereoprojiziertes Zufallsmuster liefert Texturauf spiegelnden Flächen wird das Muster an der Kamera vorbei reflektiert; Glanzlichter sättigenmatte, texturarme Teile
StreifenprojektionFolge codierter Muster, PhasenauswertungReflexionen zwischen Teilen verfälschen den Code; mehrere Belichtungen nötig; das Teil muss während der Sequenz stillstehenhohe Genauigkeit an ruhenden, diffusen Teilen
LasertriangulationKamera sieht die Laserlinie unter bekanntem Winkel; Teil oder Sensor bewegt sichSpiegelungen erzeugen Nebenmaxima; sehr dunkle und sehr helle Rückläufe; Relativbewegung nötighochauflösende Profile, Inline-Prüfung
Time of Flightmisst die Laufzeit des Lichts pro PixelMehrwegeausbreitung zwischen Teilen und schwacher Rücklauf von dunklem Metall – Tiefenversatz und Rauschengroße Volumen, Logistik, Kartons
Deflektometriewertet ein Muster aus, das sich in der Oberfläche spiegeltfür spiegelnde Flächen gemacht; misst Neigung statt Lage, nicht für ungeordnete KistenOberflächenfehler auf lackierten und polierten Flächen
Lichtfeldviele gleichzeitige Ansichten, mehrere Basislinienblickwinkelabhängige Glanzlichter passen nicht zu allen Ansichten und lassen sich verwerfen; eine Aufnahme; Musterprojektor optionalglänzende, metallische und folierte Teile in Kisten, bewegte Teile

Wie das Lichtfeld glänzende Flächen erfasst

LumiScan X nimmt die Szene mit 13 Kameras auf, die im selben Moment belichten. Jede Kamera sieht das Teil aus einer leicht anderen Position, und es stehen gleichzeitig mehrere Basislinien – die Abstände zwischen Kamerapaaren – zur Verfügung.

Für einen matten Oberflächenpunkt stimmen alle 13 Ansichten überein: Der Punkt erscheint dort, wo die Geometrie ihn erwarten lässt. Ein Glanzlicht folgt dieser Regel nicht. Es gehört zur Spiegelung der Lampe, die in einer anderen scheinbaren Tiefe liegt, und taucht oft nur in einem Teil der Ansichten auf. Weil die Rekonstruktion jede Tiefenschätzung gegen viele Ansichten und Basislinien prüft statt gegen ein einzelnes Paar, werden Beobachtungen, die nicht passen, erkannt und abgewertet – statt zu Geisterpunkten zu werden.

Da alle Kameras gleichzeitig belichten, gibt es weder Mustersequenz noch Scanbewegung: Teile auf dem Band oder eine Kamera am fahrenden Roboter werden in einer Aufnahme erfasst. Hat ein Teil überhaupt keine Textur – eine glatte, matte, einfarbige Fläche –, liefert der optionale Musterprojektor LumiScan SL eine künstliche.

Ehrlicherweise gilt: Auch das Lichtfeld ist Triangulation. Die Tiefenunsicherheit wächst bei jeder triangulierenden Kamera mit dem Quadrat des Abstands (σZ ≈ Z² / (f · b) · σd). Die zusätzlichen Ansichten machen σd kleiner und verlässlicher: mehr unabhängige Beobachtungen jedes Punkts, weniger Ausreißer. Deshalb gehören Arbeitsabstand und Sichtfeld in jeden Machbarkeitstest.

Ölige Teile: was sich ändert

Öl ist keine Oberflächeneigenschaft, die man auf eine Zeichnung schreiben kann. Es schwankt von Charge zu Charge, zwischen oben und unten in der Kiste und über eine Schicht hinweg. Ein Teil, das nach dem Fräsen matt war, glänzt, sobald es als Korrosionsschutz geölt wird, und an Kanten und in den Kistenecken sammeln sich Tropfen.

  • Testen Sie mit Teilen, wie sie wirklich ankommen – auch mit der öligsten Charge.
  • Achten Sie auf den Kistenboden: Ein glänzender, unebener Ladungsträger erschwert die Unterscheidung zwischen Teil und Kiste.
  • Planen Sie die letzten Teile in der Kiste ein, wo Spiegelungen an den Kistenwänden am stärksten sind.
  • Halten Sie das Kamerafenster sauber: Ölnebel schlägt sich auf Schutzgläsern nieder.
  • Trainieren Sie die KI-Erkennung nach, wenn sich der Teilezustand ändert – mit LumiScan Annotation Framework und Training Framework bleibt das im eigenen Haus.

Ausführlich: Bin Picking öliger Metallteile

Unsortierte, ölige Metallteile in einer Kiste
Ölige Stahlteile aus einer nicht sortenreinen Kiste. Quelle: BENTELER Automotive

Die Zelle auslegen: Licht, Belichtung, Montage

Gute 3D-Daten auf spiegelnden Teilen beginnen vor der Software. Vier Hebel wirken am stärksten:

Licht kontrollieren

Eine Einhausung oder Kabine nimmt wechselndes Tageslicht und Hallenbeleuchtung heraus. Die Stoßfänger-Prüfanlagen von Mühlbauer arbeiten genau deshalb in geschlossenen Kabinen.

Spiegelgeometrie beachten

Setzen Sie Lampen nicht dorthin, von wo ihre Spiegelung direkt in die Kamera fällt. Diffuses Licht verteilt Glanzlichter auf eine größere, schwächere Fläche.

Bei Bedarf mehrere Belichtungen

Das Zusammenführen mehrerer Aufnahmen erweitert den Dynamikumfang für Teile, die zugleich hell und dunkel sind.

Montage wählen

Fest über der Kiste ist schneller; am Roboter kann die Kamera bei einem uneindeutigen Teil noch einmal aus einem anderen Winkel nachsehen.

Ausführlich: Beleuchtung und Belichtung für 3D auf glänzenden Teilen

Von der Punktwolke zum Griff

Eine saubere Punktwolke nützt nur, wenn die Software daraus eine sichere Roboterbewegung macht. In der LumiScan Vision Suite übernehmen das Apps, die Sie kombinieren:

LumiScan VGR
findet Teile CAD-basiert oder KI-basiert, berechnet Greifpunkte und plant kollisionsfreie Bahnen in die Kiste und wieder heraus.
LumiScan VGR Lite
dieselbe Kollisionsprüfung und Bahnplanung mit rein KI-basierter Erkennung – ohne CAD-Modell.
LumiScan AI Object Matching
erkennt Teile ohne CAD-Modell.
LumiScan Annotation Framework
annotiert Ihre eigenen Bilder – auch von glänzenden und öligen Teilen in allen Füllständen.
LumiScan Training Framework
trainiert daraus ONNX-Netze für die Runtime-Apps.

Die LumiScan Vision Suite läuft unter Windows 11, Ubuntu 24.04 und Bosch Rexroth ctrlX OS; LumiScan VGR und VGR Lite derzeit unter Windows 11.

Wie die Software Rauschen entfernt, ohne Kanten zu verwischen

Im Einsatz

Drei Projekte mit genau den Oberflächen, um die es hier geht:

Mit eigenen Teilen testen

Ob eine Kamera ein glänzendes Teil zuverlässig erfasst, zeigt am Ende nur ein Test mit echten Teilen. Damit der Test aussagekräftig ist:

  1. Schicken Sie die schwierigsten Teile, nicht die schönsten: die öligste Charge, frisch bearbeitete und gealterte Oberflächen.
  2. Legen Sie den echten Ladungsträger bei – Kistenboden und -wände spiegeln mit.
  3. Testen Sie volle, halbvolle und fast leere Kisten.
  4. Legen Sie vorher fest, was zählt: Erkennungsrate, Lagegenauigkeit aus der Greifertoleranz, Taktzeit.
  5. Nennen Sie Arbeitsabstand, Montageort und Fremdlicht in der späteren Zelle.

HD Vision Systems liefert Kamera, Beleuchtungshardware und LumiScan-Software; die Anlage baut Ihr Automatisierer oder ein Integrationspartner. Eine Machbarkeitsstudie erstellen wir auf Wunsch.

Alle Beiträge zu glänzenden und metallischen Teilen

Häufige Fragen

Kann eine 3D-Kamera verchromte oder hochglanzpolierte Teile messen?

Echte Spiegel sind für jede Kamera schwierig, die auf gestreutes Licht angewiesen ist – auch für das Lichtfeld. Bei den meisten Industrieteilen ist aber noch ein diffuser Anteil vorhanden: gefrästes Metall, Lack, Ölfilme. Dort hilft das Lichtfeld deutlich. Für nahezu perfekte Spiegel kommen angepasste Beleuchtung oder Deflektometrie in Frage. Ein Test mit Ihren Teilen klärt das schnell.

Brauche ich einen Musterprojektor?

Nur für matte, texturlose Flächen, auf denen die Kameras nichts zuzuordnen finden. Dafür gibt es den optionalen Musterprojektor LumiScan SL. Glänzende Teile mit Bearbeitungsspuren, Kanten oder Aufdrucken kommen meist ohne aus.

Verändert Öl auf den Teilen das Ergebnis?

Ja: Öl erhöht den Glanz und schwankt zwischen Chargen. Planen Sie den Test deshalb mit Teilen in ihrem echten Zustand und trainieren Sie eine KI-Erkennung mit Bildern aus allen Füllständen und Ölzuständen.

Brauche ich ein CAD-Modell?

Nein. LumiScan VGR kann CAD-basiert arbeiten, muss aber nicht. LumiScan VGR Lite und LumiScan AI Object Matching arbeiten rein KI-basiert mit einem ONNX-Netz, das Sie mit LumiScan Annotation Framework und Training Framework selbst erstellen.

Lässt sich das Lichtfeld mit Laserprofilsensoren kombinieren?

Ja. Die LumiScan Vision Suite ist herstellerunabhängig: Die Lichtfeldkamera findet das Teil, ein Laserprofilsensor misst danach Details mit hoher Auflösung – so gezeigt mit ABB Robotics und AT Sensors sowie mit Teledyne beim visuellen Spannen.

Wer baut die Roboterzelle?

HD Vision Systems liefert Kamera, Beleuchtungshardware und die LumiScan-Software. Die Anlage baut ein Automatisierer oder Anlagenbauer, etwa ein Integrationspartner wie HELDELE Automation. Eine Machbarkeitsstudie mit Ihren Teilen erstellen wir auf Wunsch.

Ein Teil, an dem andere Kameras gescheitert sind?

Schicken Sie uns ein paar Muster. Wir sagen Ihnen ehrlich, ob das Lichtfeld das richtige Werkzeug ist – und wann nicht.

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