Czujnik 3D do skanowania przezroczystych obiektów

Nawet obiekty o błyszczących metalicznych lub kruczoczarnych powierzchniach można bez problemu wykryć. Łączenie różnych materiałów również nie stanowi problemu dla nowego czujnika podczerwieni 3D. W dziedzinie technologii czujników 3D ten stopień elastyczności we właściwościach obiektu jest pierwszym. Możliwe są zastosowania w takich obszarach jak kontrola jakości w produkcji i robotyka.

Szklane i przezroczyste obiekty widoczne dla maszyn

Najnowszy wynalazek Fraunhofer IOF przenosi technologię na wyższy poziom. Ze względu na wielkość pola pomiarowego, a także rozdzielczość i szybkość, metoda nadaje się m.in. do kontroli jakości w procesach produkcyjnych lub do zastosowań w automatyce. Jest to możliwe, ponieważ naukowcom z Instytutu Fraunhofera w Jenie udało się wykorzystać promieniowanie cieplne do pomiarów 3D. Z tego względu naukowcy określają tę metodę jako „wykrywanie 3D w zakresie termicznej podczerwieni”. Sercem systemu jest zaś mocno energetyczny laser CO₂, za pomocą którego naświetlane są obiekty.

Dzięki specjalnym soczewkom do dużych gęstości mocy wiązka lasera jest rozszerzana w linię, która oświetla pionowo cały obiekt. Aby uzyskać wynik pomiaru o wysokiej rozdzielczości, linia ta jest przesuwana nad obiektem w specjalnie skoordynowanej kolejności. Energia światła laserowego jest pochłaniana przez mierzony obiekt i częściowo ponownie emitowana.

Połączenie termografii i triangulacji

Dwie kamery termowizyjne analizują sygnaturę termiczną pozostawioną przez wąską i intensywną linię podczerwieni na obiekcie z dwóch różnych perspektyw. Następnie opracowane oprogramowanie oblicza piksele przestrzenne na podstawie informacji o dwóch kątach widzenia i łączy je w dokładne wymiary mierzonego obiektu.

Energia cieplna wprowadzona do analizy 3D jest tak niska, że ​​obiekt nie ulega uszkodzeniu. Różnica temperatur między powierzchniami ogrzewanymi i nieogrzewanymi jest zwykle mniejsza niż 3 stopnie. Z tego powodu metoda nadaje się również do wrażliwych materiałów.

– Dzięki przejściu z pełnopowierzchniowego wzoru termicznego na wąski pasek termiczny, udało nam się rozwinąć technologię w taki sposób, aby sprostać wymaganiom stawianym czujnikom 3D w zastosowaniach przemysłowych” – podkreśla Martin Landmann, badacz z działu „Obrazowania i wykrywania” na Fraunhofer IOF. Wraz ze swoim zespołem i grupą badaczy sojuszu innowacji „3Dsensation” nad systemem pracuje od 2017 r.

– Dzięki adaptacyjnej optyce lustrzanej udało nam się skupić moc lasera na znacznie mniejszej powierzchni, zapewniając w ten sposób znacznie szybciej wymagany kontrast dla kamer termowizyjnych. Tylko to umożliwiło osiągnięcie dokładności poniżej 10 µm dla współrzędnych 3D przy polu widzenia o szerokości 160 mm – wyjaśnia.

Zastosowanie w robotyce

Po udanej naukowej demonstracji nowej metody pomiaru naukowcy intensywnie pracują nad przygotowaniem zasady pomiaru na rynek. W Fraunhofer IOF opracowują obecnie różne systemy oparte na metodzie pomiaru MWIR 3D. Oprócz optymalizacji metody dla różnych scenariuszy pomiarowych i zastosowania jej w zakładach przemysłowych zespół kierowany przez Martina Landmanna i lidera grupy doktora Stefana Heista pracuje nad systemem do zastosowania w robotyce. System ten koncentruje się na przekształceniu konfiguracji laboratoryjnej w prototyp, który jest tak kompaktowy i wytrzymały, jak to tylko możliwe. W ten sposób można umożliwić robotom rozpoznawanie i chwytanie przezroczystych obiektów.