Optische 3D-Messtechnik

TL;DR – Optische 3D-Messtechnik erfasst Geometrie, Form und Oberfläche eines Bauteils berührungslos mit Licht. Q-Techs Mess-Experten kombinieren drei Technologien: ZEISS O-INSPECT 863 (kombiniert taktile + optische Sensoren), GOM ATOS Q 8M (8 Mio. Messpunkte pro Scan, LED-Lichtquelle, Streifenprojektion) und das OGP SmartScope Flash 200 Videomikroskop für 2D-Aufgaben. Ergänzt durch den DAkkS-akkreditierten CT- und KMG-Park von Q-Tech (Akkreditierungsnummer D-PL-19600-01-00) entsteht ein lückenloses Messportfolio für Automotive, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt.

Was ist optische Messtechnik?

Die optische Messtechnik nutzt Licht, um Länge, Form, Lage und Oberfläche eines Bauteils zu erfassen. Im Gegensatz zur taktilen Messung berührt kein Taster das Bauteil – empfindliche Oberflächen bleiben unversehrt, weiche Materialien verformen sich nicht, und ganze Flächen werden in Sekundenbruchteilen digitalisiert. Dieser Geschwindigkeitsvorteil gegenüber dem Punkt-für-Punkt-Antasten macht optische Systeme wirtschaftlich besonders attraktiv.

Optische Systeme bilden heute die Brücke zwischen klassischer Koordinatenmesstechnik und vollständig digitalisierten Qualitätssicherungsprozessen. Sie liefern Punktwolken und 3D-Modelle, die direkt für Soll-Ist-Vergleiche, Reverse Engineering und nachgelagerte CAD-Workflows nutzbar sind.

Optisch vs. taktil vs. CT: Wann greift welches Verfahren?

Für den Leser ist die wichtigste Frage meist nicht, welches einzelne Verfahren besser ist, sondern: Welche Kombination löst meine Messaufgabe am effizientesten? Q-Techs Mess-Experten arbeiten alle drei Technologien in einem Haus, deshalb kann die Empfehlung ehrlich ausfallen:

Für die Innenprüfung verbauter Baugruppen bleibt die CT alternativlos. Für hochgenaue Außenmaße an Funktionsbohrungen bleibt das KMG erste Wahl. Für Freiformflächen, Karosserie-Außenhaut, Designoberflächen und empfindliche Bauteile ist die optische 3D-Messtechnik die Technologie der Wahl – und genau hier setzt der Gerätepark von Q-Tech an.

Welche optischen Messverfahren gibt es in der Industrie?

Sechs Verfahren haben sich in der industriellen Praxis etabliert. Jedes ist für bestimmte Bauteilgruppen und Genauigkeitsanforderungen ausgelegt.

Laserscanning

Ein Laserstrahl tastet die Bauteiloberfläche ab; die Reflexion wird über einen Fotosensor detektiert. Laserscanning ist in der industriellen 3D-Messtechnik entgegen seiner medialen Präsenz technisch weniger verbreitet als die Streifenprojektion. Haupteinsatzgebiet ist das Reverse Engineering größerer Objekte sowie die digitale Erfassung bestehender Bauteile für additive Fertigungsverfahren wie den 3D-Druck.

Lichtlaufzeit (Time-of-Flight)

Die Distanzmessung über die Laufzeit eines Lichtimpulses (im Makrobereich bekannt aus der Astronomie) kommt zunehmend für großvolumige Bauteile und Industriehallenumgebungen zum Einsatz. Für hochgenaue Bauteilkontrolle reicht die erreichbare Messunsicherheit in der Regel nicht aus.

Streifen- und Musterprojektion

Das industriell verbreitetste optische Verfahren. Ein Projektor wirft ein Streifen- oder Gittermuster auf das Bauteil, eine oder mehrere Kameras erfassen die Verzerrung. Aus dieser Verzerrung wird per Triangulation ein 3D-Punktmodell errechnet. Streifenprojektion ist das Prinzip, mit dem Q-Techs GOM ATOS Q 8M arbeitet – mit 8 Mio. Messpunkten pro Scan und einem Messvolumen je Objektivbereich zwischen wenigen zehn und mehreren hundert Millimetern.

Fokus-Variation

Die Fokus-Variation nutzt die Tiefenschärfe eines Mikroskopobjektivs: bei verschiedenen Fokuspositionen werden nur jeweils scharf abgebildete Pixel erfasst und zu einem Höhenprofil zusammengesetzt. Das Verfahren eignet sich besonders für die Oberflächenanalyse und Rauheitsmessung – eine klassische Q-Tech-Anwendung im Bereich Rauheitsmessung.

Konfokale Messtechnik und Weißlichtinterferometrie

Beide Verfahren arbeiten mit einer kleinen Blende bzw. der Interferenz zweier Lichtstrahlen und liefern Toleranzen im Mikrometer- und Submikrometerbereich. Konfokale Sensoren werden häufig in die ZEISS O-INSPECT 863 integriert – dort, wo taktile Systeme die Oberfläche belasten oder die Geometrie zu klein wäre.

Stereofotografie

Zwei nahe beieinander liegende Kameras erfassen das Bauteil aus leicht verschiedenen Blickwinkeln; durch Triangulation entsteht ein 3D-Modell. Stereofotografie erreicht nicht die Genauigkeit einer Streifenprojektion, ist jedoch für großmaßstäbliche Anwendungen (z. B. Gesichtserkennung, Konfektion) relevant. Im Q-Tech-Messportfolio kommt sie nicht zum Einsatz.

Typische Einsatzbereiche optischer Messtechnik

• Qualitätskontrolle: detaillierte Vermessung, die sicherstellt, dass die Produkte den spezifischen Anforderungen entsprechen
• Reverse Engineering: auf Basis vollflächiger Erfassung werden CAD-Modelle erstellt, um Ersatzteile zu reproduzieren oder Bestandsbauteile zu digitalisieren
• Formanalyse: die erfasste Geometrie wird mit dem CAD-Soll verglichen, Abweichungen per Falschfarbendarstellung visualisiert
• Oberflächenanalyse: die Vermessung gibt Aufschluss über Rauheit, Textur und andere Eigenschaften einer Oberfläche

Q-Techs Gerätepark für optische 3D-Messtechnik

Q-Techs Mess-Experten arbeiten mit drei zentralen Messsystemen. Alle im klimatisierten Prüflabor in Roding, alle mit direkter Rückführung in den DAkkS-akkreditierten Messprozess.

ZEISS O-INSPECT 863 – kombiniert taktile und optische Sensoren

Die ZEISS O-INSPECT 863 vereint in einem Gerät die Vorteile beider Messprinzipien: optische Bildgebung für empfindliche Oberflächen und schnelle Übersichtsaufnahmen, taktile Antastung für hochgenaue Regelgeometrien. Ausgewertet wird mit ZEISS CALYPSO. Ideal für die Bemusterung kleiner bis mittelgroßer Bauteile mit gemischten Anforderungen.

GOM ATOS Q 8M – Streifenprojektion für Freiformflächen

Der GOM ATOS Q 8M (Lichtquelle: LED, 8 Mio. Messpunkte pro Scan) ist Q-Techs Lösung für vollflächige 3D-Erfassung. Die austauschbaren Objektive erlauben das Arbeiten an kleinen Präzisionsteilen ebenso wie an Karosseriekomponenten. Ausgewertet wird in ZEISS INSPECT Optical 3D. Der Scanner punktet mit präziser Optoelektronik und robustem Sensordesign.

OGP SmartScope Flash 200 – 2D-Videomessmikroskop

Das OGP SmartScope Flash 200 ist ein vollwertiges automatisches 2D-Messsystem mit Hebebrücke (platzsparend auf dem Messtisch), LED-Ringlicht für flexible Oberflächenbeleuchtung und LED-Array-Hintergrundlicht für Konturaufnahmen. Typische Aufgaben: kleine elektronische Bauteile, Stanzteile, Dichtungskonturen.

Eine vollständige Übersicht aller Q-Tech-Messsysteme finden Sie unter /equipment.

Normative Grundlage optischer Messtechnik

• VDI/VDE 2634 Blatt 1 – Optische 3D-Messtechnik, Bildgebende und profilgebende Verfahren; Grundlage für Streifenprojektionssysteme.
• ISO 25178 – Geometrische Produktspezifikation (GPS): Oberflächenbeschaffenheit, Flächenhafte Oberflächenmessung.
• DIN EN ISO/IEC 17025 – Grundlage der DAkkS-Akkreditierung von Q-Tech (Akkreditierungsnummer D-PL-19600-01-00) für taktile KMG- und CT-Messungen.

Warum Q-Tech für optische 3D-Messtechnik

• Doppel-Akkreditierung: Q-Tech ist einer der wenigen Messdienstleister in Deutschland, der sowohl im CT- als auch im KMG-Bereich DAkkS-akkreditiert ist (D-PL-19600-01-00). Optische Messungen werden bei Bedarf in den gleichen dokumentierten Messprozess eingebunden.
• Drei Technologien in einem Haus: Streifenprojektion, konfokale/opto-taktile Messung und Videomikroskopie – ergänzt durch CT und KMG.
• Klimatisiertes Prüflabor im Schichtbetrieb: stabile Messbedingungen auch für langlaufende Scanreihen.
• Software-Kompetenz: ZEISS CALYPSO, ZEISS INSPECT Optical 3D, ZEISS GEAR PRO – alle Auswertungen werden mit den nativen ZEISS-Anwendungen durchgeführt.
• Mehr als 20 Jahre Erfahrung mit ZEISS-Systemen: Mess-Experten, die nicht nur Geräte bedienen, sondern Messstrategien entwickeln.

Häufige Fragen zur optischen Messtechnik

Welche optischen Messverfahren gibt es in der Industrie?

Laserscanning, Lichtlaufzeit (Time-of-Flight), Streifen- und Musterprojektion, Fokus-Variation, konfokale Messtechnik, Weißlichtinterferometrie und Stereofotografie. Bei Q-Tech werden vor allem Streifenprojektion (GOM ATOS Q 8M), konfokale/taktile Hybridmessung (ZEISS O-INSPECT 863) und 2D-Videomessung (OGP SmartScope Flash 200) eingesetzt.

Was ist der Unterschied zwischen Streifenprojektion und Laserscanning?

Die Streifenprojektion erfasst durch ein auf das Bauteil projiziertes Gittermuster ganze Flächen in einem Bild und ist dadurch deutlich schneller. Laserscanning tastet die Oberfläche mit einem bewegten Laserstrahl ab, Punkt für Punkt. Für großvolumige Objekte kann Laserscanning vorteilhaft sein, für Präzisionsaufgaben ist Streifenprojektion industrieller Standard.

Ist optische Messtechnik berührungslos?

Ja. Bei der Streifenprojektion, der konfokalen Messtechnik und der Lichtlaufzeitmessung besteht kein physischer Kontakt zum Bauteil. Das ist besonders bei empfindlichen, polierten oder weichen Oberflächen vorteilhaft, da keine Beschädigung oder Verformung durch Antastkräfte auftritt.

Welche Genauigkeit erreichen optische 3D-Scanner?

Die erreichbare Messunsicherheit hängt vom Messvolumen, vom Objektivbereich und von der Oberfläche des Bauteils ab. Im kleinen Messvolumen erreichen Streifenprojektoren wie der GOM ATOS Q 8M Messunsicherheiten im unteren zweistelligen µm-Bereich. Eine allgemeine pauschale Angabe „in µm“ wäre technisch nicht seriös – die konkrete Messunsicherheit wird auftragsbezogen bestimmt.

Wann ist ein CT-Scan sinnvoller als eine optische 3D-Messung?

CT-Scans sind die Technologie der Wahl, wenn innere Strukturen geprüft werden müssen (Lunker, Poren, verbaute Komponenten) oder wenn das Bauteil nicht zerstört werden darf, aber trotzdem das Innere erfasst werden soll. Optische Systeme sind schneller bei reinen Oberflächen- und Formaufgaben. Q-Techs Mess-Experten kombinieren bei Bedarf beide Verfahren im gleichen Messauftrag (Defektanalyse + Oberflächenprüfung).

Ihr nächster Schritt

Wenn Sie eine optische 3D-Messung an einem Ihrer Bauteile planen, senden Sie uns Zeichnung, Bauteil-Geometrie und geforderte Genauigkeit. Q-Techs Mess-Experten klären mit Ihnen Verfahren, Messaufbau und Durchlaufzeit – bei Neukunden auch im Rahmen eines kostenlosen Erst-Scans.

Kontakt:
Q-Tech Roding GmbH
Weiherhausstraße 2a, 93426 Roding
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