Tech talk: Lasertriangulation

Tech talk: Lasertriangulation

Heute sprechen wir über Lasertriangulation! Dies ist eine Technik zur Messung der 3D-Geometrie, die wir in unseren val-IT Smart verwenden. Eine oder mehrere Laserlinien folgen die Oberfläche eines Objekts, um Informationen über die Konturpositionen einzuhohlen. Dies erfordert, dass entweder der 3D-Scanner oder das Objekt bewegt wird. Oft wird ein Encoder verwendet, um kleine Unregelmäßigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen in der Bewegung zu erkennen.

Laser-Kamerasysteme werden häufig auf einem Mehrachsroboter montiert, aber wir empfehlen dies nicht zu tun. Servos nähern sich einer Position, so dass sie nicht für eine lineare Bewegung geeignet sind.

Jedes Laserprofil, das die Kamera aufgenommen hat, stellt eine Scheibe des gescannten Objekts dar. Alle zusammengeführten Scheiben bilden ein vollständiges 3D-Modell des Objekts. Das heißt, je mehr Bilder aufgenommen werden, desto höher ist die Auflösung des Objekts in der Bewegungsrichtung. Deshalb verwenden wir häufig eine Hochgeschwindigkeitskamera, die hochauflösende Bilder aufnimmt: Tausende von Bildern pro Sekunde. Da mehrere Laserprofile in einem Bild enthalten sein müssen, unterstützt der Sensor mehrere Auslesungen um die Bildrate zu verbessern und die Anzahl der verarbeiteten Pixel zu reduzieren. Wenn alle Laserprofile aufgenommen und verarbeitet worden sind, ist es sehr einfach, die Messpunkte der Tiefenpositionen (und damit der Punktewolke) zu berechnen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Lasertriangulation:

Abhängigkeit der (reflektierenden) Objekteigenschaften, der erforderlichen Genauigkeit und der akzeptablen Okklusion wird eine der obigen Methoden ausgewählt. Tabelle 1 gibt einen Eindruck der verschiedenen Vor- und Nachteile der Triangulationsgeometrie.

Der Hochintensitätslaser kann einen problematischen Einfluss auf den Aufnahmesensor haben. Daher verwenden wir Sensoren mit einem hochdynamischen Bereich, einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis und speziellen dynamischen Funktionen, um eine Überbelichtung zu verhindern. CMOS-Sensorzellen sind mit einem relativ kleinen Füllfaktor groß, haben jedoch den Vorteil, dass sie pixelgesteuert sind. Ein wichtiges Merkmal ist, dass Sie die Slope des Videosignals mit mehreren Umkehrpunkten steuern können.

Der verwendete Laserprojektor spielt sowohl bei der X- als auch bei der Y-Auflösung und der Z-Genauigkeit eine wichtige Rolle. Wenn die Linie Verzerrungen aufweist (was oft bei billigeren Projektoren der Fall ist), ist es schwierig, sie später zu korrigieren. Die Linie ist oft gebogen oder hat eine S-Form, die dadurch verursacht wird, dass die Laserdiode nicht exakt auf das Objekt ausgerichtet ist. Die meisten Laser arbeiten “Gaußisch“, was bedeutet, dass das Zentrum der Laserlinie eine höhere Intensität als an die Seiten hat. Wenn Sie Defekte erkennen möchten, muss die Laserlinie dünner als der zu messende Abweichung sein. Präzise Laser sind recht teuer und haben begrenztes Tiefebereich und Sichtfeld.

Es ist wichtig, dass die Laser gegen Vibrationen und Temperaturunterschiede beständig sind, da jede Abweichung der Laserlinie während und nach der Kalibrierung einen großen Einfluss auf die Präzision hat.

Die Arbeit mit Lasern in einer Anwendung, die eine hohe Genauigkeit erfordert, bleibt eine Herausforderung. Indirekte Reflexionen haben oft eine andere Phase, daher können wir Polaroidfilter verwenden, um die Reflexionen zu filtern. Da Laser monochromatisch sind, können wir schmalbandige Filter verwenden, um alle Hintergrundgeräusche zu eliminieren. Dies ist auch nützlich, wenn die Anwendung mehrere Laser verwendet. Ein Laser hat zufällige Spickels, die die Genauigkeit Ihrer Anwendung beeinflussen. Dies kann reduziert werden, indem das Kameraobjektiv leicht unscharf eingestellt wird, so dass es als Tiefpassfilter funktioniert.

Textur- und Farbvariationen des gescannten Objekts beeinflussen die Genauigkeit der Messung stark. Die Wahl der Wellenlänge Ihres Lasers hängt stark von diesen Merkmalen ab. Reflektierendes Material bleibt eine Herausforderung. Reflektionen können durch Verwendung von Lasern aus verschiedenen Winkeln detektiert werden. Wenn sich eine der Linien unterscheidet, wissen Sie, dass die gemessene Tiefenposition weniger zuverlässig ist.