TechTalk: Fringe <br>Technology

TechTalk: Fringe
Technology

Er zijn verschillende optische 3D meettechnologieën voor het genereren van een point cloud. Als je echter op zoek bent naar hele nauwkeurige point clouds, is er maar één technologie écht geschikt: blue light fringe technologie. Deze technologie biedt meerdere voordelen: je kunt in één keer een heel oppervlak tegelijk te scannen, er kunnen point clouds met micro-precisie gecreëerd worden én uitschieters worden gemakkelijk gevonden en gefilterd. Daarom passen we deze techniek toe in onze val-IT Flex.

Hoe werkt dit? Je hebt twee camera’s en één projector nodig. De projector kan gezien worden als een ‘omgekeerde’ camera en de optische resolutie staat meestal gelijk aan de resolutie van je meetsysteem. De cameraresolutie moet minimaal twee keer zo hoog zijn om alle individuele pixels van de projector te kunnen detecteren.
De tweede camera wordt gebruikt voor validatie. Met één camera en een projector kun je een point cloud genereren. Maar dankzij de tweede camera is validatie van de point cloud mogelijk, en kunnen uitschieters verwijderd worden. Voor nauwkeurige metingen is een industriële DLP projector, met speciale optica nodig. Zo gaat er geen informatie verloren als gevolg van slecht presteren van de lens of door wijzigingen in de constructie (door bijvoorbeeld warmteverschillen en vibraties). Normale projectoren hebben 100% offset, slechte optica én een goedkope LED-controller. Je kunt je dus wel voorstellen dat er aardig wat engineering-skills vereist zijn om een industriële projector te maken.

De projector genereert projectorpixels die door de camera gemeten moeten worden. Dit kan gedaan worden door alle projectorpixels te coderen als een serie van afbeeldingen, met behulp van grijze code. Elke pixel krijgt dan een unieke identifier die de camera kan detecteren. Afhankelijk van de projectorresolutie, zijn er 20 a 30 afbeeldingen met grijze code nodig.

In theorie zijn zo de projectorpixels berekend, welke gepaard kunnen worden met camera 1 om vervolgens een point cloud te genereren. Er is echter één nadeel: als je met submicron-precisie wil meten, is de lage resolutie van de projector een probleem.

Om de precisie van de projectorpixels te verbeteren, kijken we naar projectorgolven waar de beperking van je meting voortkomt uit de frequentie van de golf in combinatie met de golfnauwkeurigheid van de projector. Voor verbetering heb je twee dingen nodig: een korte golflengte (blue light of UV) LED én een projector die een perfecte sinusgolf kan genereren.

We projecteren een gegeven sinusgolf met de projector. Als gevolg van minimale verschillen in Z, heeft de gemeten sinusgolf een andere frequentie. Dankzij faseverschuiving (3 – 10 fases) kunnen de frequenties van andere optische effecten onderscheiden worden, de frequentie robuust gemeten worden én uitschieters gefilterd worden.

Voor goede resultaten is radiometrische kalibratie voor de camera’s en projector nodig. Hierover vind je meer in de vorige Tech Talk-blog. Er zijn trouwens ook andere technieken beschikbaar die gebruikt kunnen worden voor een toename van de nauwkeurigheid van je meting.

Nu de submicron projectorpixels bekend zijn wordt alles gemakkelijker. Je kunt de projector namelijk als een ‘omgekeerde’ camera gebruiken en middels lasertriangulatie kun je de pixels converteren in 3D-posities. De tweede camera wordt gebruikt om verschillen door optische effecten te detecteren, en deze te filteren indien nodig.

Bij fringe scanning technology moet je ongeveer een seconde wachten tot alle afbeeldingen zijn vastgelegd. Gedurende deze seconde mag het object niet bewegen, want zelfs de kleinste trilling heeft een groots effect op de precisie van de point cloud. De grote hoeveelheid (~360 miljoen) pixels moeten binnen een seconde verwerkt worden. Voor zo’n hoeveelheid data maken we gebruik van parallellisatie met behulp van grafische kaarten en CUDA.

Samengevat: met een projector en twee camera’s is het mogelijk om een supernauwkeurig meetsysteem te maken, dat gebruikt kan worden voor verschillende applicaties. Bekijk onze website om hier voorbeelden van te zien.