AT Präsentationsvorlage Deutsch
Werbung
Erhöhung der Messgenauigkeit von 3D-Lasertriangulation Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Das Messprinzip von Laser-Triangulation Triangulationsgeometrie Z Beispiel Y X Messobjekt aus der Kamerasicht Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Sensorbild der Laserlinie 3D Laser-Triangulation Beispiel 3D-Kamera von AT Ausgabe der Profildaten über GigE-Vision Bildaufnahme mit Hilfe von High Speed CMOS-Sensors Integrierte Sensorbildverarbeitung mit FPGA-Technologie Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de VORTEIL Profilfrequenz bis 72000 Hz! Aufnahme des 3D-Scans 3D-Scan Scanrichtung Transport des Messobjektes - Linearachse - Transportband - Dreheinheit Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Häufig verwendete Algorithmen zur Detektion der Laserlinie im Sensorbild Die Reflexion des Laserlichtes von der Messobjektoberfläche erzeugt eine Gausssche Intensitätsverteilung im Sensorbild Intensitätsverteilung entlang einer Spalte des Sensorbildes MAX TRSH COG Ermittelt die Position der maximalen Intensität Ermittelt die Position der Gauss anhand eines Schwellwertes Berechnet die Position des Schwerpunktes Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Welche Faktoren beeinflüssen die Messgenauigkeit: Bildauflösung Die Bildauflösung hängt von der optischen Vergrößerung und vom Triangulationswinkel ab Laterale Auflösung dx=FOV / Punkte pro Bildzeile Höhenauflösung: dz=dx/sin(α) Höhenauflösung mit COG und Ausgabe von 6 Subpixeln (Factor 26=64): dz_cog=dz/64 Beispiel mit einer AT Kamera C5-2040-GigE and α=30° FoV: 50mm dx=24µm dz=48µm dz_COG=0.75µm (mit Ausgabe von 6 Subpixeln) Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Welche Faktoren beeinflüssen die Messgenauigkeit: Rauschen aufgrund der Laser-Speckles Laser-Speckles Die von der Messoberfläche reflektierenden Wellen des Laserlichtes werden vom Sensor mit unterschiedlicher Phase empfangen, weil sie einem unterschiedlichen optischen Pfad folgen. Die Interferenz dieser Wellen verursacht Intensitätsschwankungen im Sensorbild der Laserlinie Diese Reflexion des Laserlichtes wird vom Sensor mit einem Phasen-Shift wahrgenommen Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Welche Faktoren beeinflüssen die Messgenauigkeit: Rauschen aufgrund der Laser-Speckles typisches Sensorbild einer 660nm Laserlinie. Intensitätsschwankungen bedingt durch die Laser-Speckles Maximale Intensität pro Sensorbildspalte Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Verzerrte Intensitätsverteilung entlang einer Sensorbildspalte Welche Faktoren beeinflüssen die Messgenauigkeit: Rauschen aufgrund der Laser-Speckles Beispiel eines Höhenprofils ermittelt mit Hilfe des COG-Algorithmus (laser 660nm) Standard-Abweichung des Rauschens: ca. 14 µm 3D-Setup: AT C5-2040-GigE 2048 Pixels/Profil, FoV=50mm, α=30°, dx=24µm, dz_COG=0.75µm Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Erhöhung der Messgenauigkeit mit Hilfe des Finite Impulse Response Filters (FIR) FIR-Filter (Savitzky-Golay) geglättete Intensitätsdaten Auswahl an 5, 7 or 9 Koeffizienten Glättung • numerischer Mittelwert • Gauss Mittelwert Rohdaten der Intensität COG Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Erhöhung der Messgenauigkeit mit Hilfe des Finite Impulse Response Filters (FIR) Intensitätsverteilung entlang der Spalte des Sensorbildes nach Anwendung des FIRGlättungsfilters Standard-Abweichung des Rauschens: ca. 11 µm 20% Verbesserung Höhenprofil ermittelt mit Hilfe des COG-Algorithmus und des FIR-Glättungsfilters (Laser 660nm) 3D-Setup: AT C5-2040-GigE 2048 Pixels/Profil, FoV=50mm, α=30°, dx=24µm, dz_COG=0.75µm Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Erhöhung der Messgenauigkeit mit Hilfe des Algorithmus FIR-PEAK FIR-Filter (Savitzky-Golay) FIR-PEAK Auswahl an 5, 7 or 9 Koeffizienten Differenzierungsfilter Ermittlung der Position des Nulldurchgangs der ersten Ableitung der Intensität (entspricht dem Peak der Gauss) mit einer Auflösung von 6 Subpixeln (1/64 Pixel) Rohdaten der Intensität Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Erhöhung der Messgenauigkeit mit Hilfe des Algorithmus FIR-PEAK Vergleich zwischen den Algorithmen COG mit FIR-Glättung and FIR-PEAK Standard-Abweichnung des Rauschens im Höhenprofil (µm) Oberflächenmaterial COG mit FIR FIR-PEAK Eloxiertes Alu 13 13 Gefrästes Alu ohne Elox. Verzinktes Stahl 10 9 9 Kunststoff weiß Kunststoff schwarz 8 10 12 12 9 Beide Algorithmen erzielen nahezu die gleiche Genauigkeit Der COG arbeitet besser bei “dicken” Linien. Der FIR-PEAK ist genauer bei Applikationen mit “dünnen” Linien. 3D-Setup: AT C5-2040-GigE 2048 Pixels/Profil, FoV=50mm, α=30°, dx=24µm, dz_COG=0.75µm Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Erhöhung der Messgenauigkeit mit Hilfe von Laser mit kürzerer Wellenlänge Sensorbild einer 660nm Laserlinie Das Phänomen der Laser-Speckles ist abhängig von der Wellenlänge. Sensorbild einer 405nm Laserlinie Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Laser mit kürzerer Wellenlänge produzieren weniger Speckles und geringeres Rauschen. Erhöhung der Messgenauigkeit mit Hilfe von Laser mit kürzerer Wellenlänge Höhenprofil einer weißen Kunststoffoberfläche aufgenommen mit Hilfe des COG Algorithm mit FIR-Glättung Laser 660nm Laser 405nm Standard-Abweichung des Rauschens: ca. 6 µm Standard-Abweichung des Rauschens: ca. 4 µm 30% Verbesserung 3D-Setup: AT C5-2040-GigE 2048 Pixels/Profil, FoV=50mm, α=30°, dx=24µm, dz_COG=0.75µm Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Erhöhung der Messgenauigkeit von 3D-Lasertriangulation Zusammenfassung Die Messgenauigkeit von 3D-Lasertriangulation ist abhängig von: •Bildvergrößerung / Auflösung •Laser-Speckles Sie kann verbessert werden mit Hilfe von: • hochentwickelten Algorithmen wie das Finite Impulse Response Glättungs-Filter (FIR) und der FIR-PEAK •Lasern mit kürzerer Wellenlänge z.B. 405nm Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Copyright by: AT – Automation Technology GmbH Hermann-Bössow-Str. 6-8 23843 Bad Oldesloe Tel.: +49 (0)4531/88011-0 Fax: +49 (0)4531/88011-20 Email: [email protected] Web: http://www.AutomationTechnology.de
