Bild 1: Ein Team am Fraunhofer IOF hat einen neuen Sensor entwickelt, der erstmals 3D-Daten bei Crashtests im Inneren eines Versuchsfahrzeugs aufnimmt (Fotos: Fraunhofer IOF)

Am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF werden seit mehr als zehn Jahren Systeme für die Hochgeschwindigkeitserfassung von 3D-Daten entwickelt. Mit goCRASH3D präsentiert das Jenaer Team jetzt ein neues System, das 3D-Daten bei Crashtests im Inneren des Versuchsfahrzeugs aufnimmt. Es zeigt die Verformung und Bewegung von Fahrzeugkomponenten während eines Aufpralls, wie es bisher nicht oder nur eingeschränkt möglich war. Das neue System wurde auf den Messen VISION und IZB ausgestellt.

Im Wesentlichen besteht so ein System aus zwei Kameras, einer Beleuchtung und einem Computer. Der Knackpunkt dabei sei nicht die Kamera, sondern die Beleuchtung, so der Projektleiter Kevin Srokos. Dafür haben die Forscher in Jena schon vor Jahren die GOBO-Technologie aus der Bühnentechnik für ihre Zwecke weiterentwickelt.

Bei der GOBO-Technik rotiert eine Scheibe mit einem unregelmäßigen Streifenmuster vor einer starken Lichtquelle. Das gibt ein nichtperiodisches Sinusmuster auf dem zu messenden Objekt. Damit lassen sich Punkte in den Bildern der Kameras, die unter verschiedenen Winkeln auf das Objekt schauen, eindeutig zuordnen. Aus der Position der Kameras und dem Versatz der Bildpunkte werden die 3D-Koordinaten für die Punkte der Aufnahmen berechnet.

Anwendung im Automobilbereich
Bei früheren Tests in der Automobilindustrie konnte man mit dem System das Entfalten eines Airbags zeitaufgelöst verfolgen. Bereits 2017 gab es aber auch die Idee, das System in das Innere des Fahrzeugs zu verlagern. In einem gemeinsamen Projekt mit einem großen deutschen Automobilhersteller haben die Jenaer dafür einen Demonstrator aufgebaut, der seit 2023 für Tests beim Projektpartner eingesetzt wird.

Mit goCRASH3D lassen sich Vorgänge z. B. im Fußraum beobachten, die vorher nicht oder nur sehr eingeschränkt zugänglich waren. Auch Bereiche, die der sich entfaltende Airbag verdeckt, können so verfolgt werden.

Die Technik im Detail
Beim Einsatz des neuen Systems im Fahrzeug spielt die Beleuchtung einmal mehr die Hauptrolle: Je kürzer die Belichtungszeit, desto stärker muss die Beleuchtung sein, so Srokos. Im konkreten Fall wird eine Einzel-LED mit 15.000 Lux Leuchtstärke benutzt. Die beiden Kameras liefern jeweils 12.000 Bilder pro Sekunde mit 512 x 512 Pixeln. Daraus berechnet der Computer etwa 1.200 3D-Bilder pro Sekunde. Das Bildfeld in den Versuchen war 70 x 70 cm in einem Meter Abstand. Diese Parameter können an die Versuche angepasst werden.

Das System mit zwei Kameras und der Beleuchtungseinheit ist in einem Rahmen montiert, in dem die Komponenten über Elastomerpuffer gegen die Beschleunigung geschützt sind. Dadurch kann das System Beschleunigungen bis zu 200 g und Schocks bis 60 g regelmäßig standhalten. Der Rahmen wird dafür im Fahrzeug fest montiert.

Bild 2: Das goCRASH3D-System erfasst mit zwei Kameras (links und rechts) und einer starken Beleuchtung (Mitte) bis zu 12.000 2D-Bilder pro Sekunde, aus denen etwa 1.200 3D-Bilder errechnet werden

Hochgeschwindigkeitsaufnahmen heute und morgen
Aktuell wird das System beim Projektpartner genutzt und am Fraunhofer IOF weiterentwickelt. Am Institut in Jena wurden die Hochgeschwindigkeitsaufnahmen auch schon mit weiteren Kameras gekoppelt, sodass die 3D-Bilder mit zusätzlichen spektralen Informationen verbunden werden konnten.

Das System wurde für und mit der Automobilbranche entwickelt. Es seien aber auch andere Anwendungen im Sicherheitsbereich oder auch in der Sportmedizin vorstellbar. Mittelfristig passt die Technik für 3D-Hochgeschwindigkeitsaufnahmen hervorragend zu den wachsenden Sicherheitsansprüchen im Automobilbereich.

Präsentation auf der IZB und der VISION 2024
Das Team vom Fraunhofer IOF präsentiert das goCRASH3D-System vom 8.–10. Oktober auf der VISION in Stuttgart (Stand 10G92) und auf der IZB in Wolfsburg vom 22.–24. Oktober (Halle 2, Stand 2201).

Weitere Informationen
Fraunhofer IOF
D-07745 Jena
www.iof.fraunhofer.de