Cos’è un sensore di profilo 2D/3D?
I sensori di profilo 2D/3D sono disponibili in due diverse classi di prestazioni:
MLWL: Eccellente qualità del prodotto grazie a componenti ottici di alta qualità
wenglor offre la soluzione giusta per quasi tutte le applicazioni: dalla misura completa a 360 gradi al controllo applicazione insegui giunto e il rilevamento cordone di saldatura fino alla verifica delle superfici con precisione micrometrica. Il portafoglio versatile comprende sensori con diversi campi di misurazione, diverse potenze laser e lunghezze d’onda laser variabili.
Sensore di profilo 2D/3D MLZL
Sensori di profilo 2D/3D in acciaio inox
Sensori di profilo 2D/3D per piegatrici
Il principio della triangolazione
Creazione di un profilo altimetrico 2D
Un sensore di profilo 2D/3D genera ad ogni misurazione un profilo di altezza 2D, detto anche profilo trasversale. Quest’ultimo è composto da numerosi punti di misurazione disposti uno accanto all’altro sotto forma di linea, trasversalmente rispetto alla direzione di movimento dell’oggetto. Ciascuno di questi punti descrive la distanza esatta tra il sensore e la superficie dell’oggetto lungo l’asse x e l’asse z. Ogni valore di altezza è completato da un valore di intensità, che fornisce informazioni sull’intensità della riflessione della luce e sulle caratteristiche del materiale o della superficie, ad esempio in caso di variazioni di colore, contrasto, grado di lucentezza o materiali trasparenti.
I sensore di profilo 2D/3D hanno una zona cieca?
Dal profilo altimetrico 2D alla nuvola di punti 3D
Sistema di coordinate di un sensore di profilo 2D/3D
Il sistema di coordinate del sensore è adattato al suo campo visivo. Il punto zero si trova direttamente all’uscita del laser all’esterno della custodia. In questo modo i valori misurati corrispondono esattamente alla posizione reale dell’oggetto rilevato.
Gli assi in sintesi
Asse X (larghezza)
Asse y (direzione di avanzamento)
Asse z (altezza / distanza)
Corretto orientamento del sensore di profilo 2D/3D
Per ottenere risultati di misurazione esatti, la linea laser deve essere allineata il più perpendicolarmente possibile alla superficie di misurazione. Un angolo di 90 gradi tra il sensore e la superficie dell’oggetto fornisce i migliori risultati. In questa posizione, la luce laser colpisce l’oggetto in modo ottimale e la linea riflessa può essere rilevata uniformemente dalla camera.
Allineamento corretto
Inclinazione del sensore
Il comportamento di riflessione della superficie gioca un ruolo fondamentale.
- Una riflessione diretta e mirata si verifica su materiali lisci o lucidi come metallo, vetro o superfici rivestite. In questo caso la luce viene riflessa come in uno specchio. In questi casi, può essere utile inclinare leggermente il sensore per deviare le riflessioni dal campo visivo della camera ed evitare una sovraesposizione del chip della camera. Una regolazione precisa dell’angolo è fondamentale.
- La riflessione diffusa si verifica su superfici opache, ruvide o strutturate. In questo modo, la luce viene diffusa uniformemente in molte direzioni, il che di solito porta a un rilevamento del segnale più stabile. Tuttavia, un allineamento impreciso e materiali diffusi possono influenzare la distribuzione dell’intensità o la precisione di misurazione.
Per una distribuzione uniforme del segnale e una qualità ottimale del profilo, è necessario evitare il ribaltamento, se possibile. Grazie all’ampio campo dinamico, i sensori di profilo 2D/3D continuano a fornire valori misurati affidabili anche in caso di leggera inclinazione.
Ombreggiatura
Come si può evitare l’ombreggiatura?
Evitare ombreggiature dovute a bordi, gradini ripidi e rientranze
Se un oggetto è posizionato in modo che bordi, gradini ripidi o superfici verticali sporgano direttamente nel campo visivo del sensore, queste aree possono bloccare altri elementi che potrebbero essere sottoposti a verifica. Una leggera rotazione o inclinazione dell’oggetto garantisce che tutte le superfici rilevanti rimangano visibili al sensore e che non vengano nascosti dati di misura importanti.
Anche in caso di componenti con rientranze profonde possono verificarsi ombreggiature delle caratteristiche da controllare nella parte posteriore dell’oggetto. Pertanto, quando si posiziona l’oggetto, assicurarsi che tutte le superfici importanti si trovino nel campo visivo del sensore.
Aperçu des principaux composants d’un capteur de profil 2D/3D
La potenza del modulo laser è determinata in misura determinante dalla lunghezza d’onda e dalla classe laser.
Lunghezza d’onda laser
Classe laser
Una ulteriore importante componente del sensore di profilo 2D/3D è la camera integrata. Rileva la linea laser riflessa con la massima precisione. La camera è composta da un obiettivo di alta qualità e da un potente chip che acquisisce le informazioni sulla luce con precisione pixel e le converte in dati di misura digitali. La risoluzione della camera, ossia il numero di pixel per riga di profilo, determina la precisione dei dettagli. Più alta è la risoluzione, più fine sarà la possibilità di riprodurre contorni, spigoli e caratteristiche superficiali.
La centralina di analisi forma il centro di calcolo del sensore di profilo 2D/3D. Qui i dati grezzi acquisiti dalla camera vengono convertiti in dati di misura digitali. Grazie all’interazione tra acquisizione delle immagini, valutazione e comunicazione dell’interfaccia, è fondamentale per le prestazioni dei sistemi di misura in linea.
Per la massima flessibilità, i sensori di profilo 2D/3D dispongono di due modalità operative selezionabili, progettate per esigenze diverse e quindi per applicazioni versatili. Entrambi i modi di funzionamento accedono alla stessa potente piattaforma hardware. Grazie ai processori integrati e all’architettura di calcolo stabile, è possibile elaborare e trasmettere in modo affidabile anche elevate velocità di profilazione e grandi quantità di dati.
Modalità di funzionamento: Sensore di profilo intelligente
Modalità di funzionamento: Generatore di profilo
Flessibilità grazie a numerose interfacce
A seconda della modalità di funzionamento, sono disponibili diverse interfacce che consentono una perfetta integrazione in diversi ambienti di produzione.
Interfacce in modalità “Sensore di profilo intelligente”
Interfacce in modalità “Generatore di profili”
Principaux composants expliqués en détail : En savoir plus !
Vous trouverez des informations détaillées sur le module laser, la caméra et l’unité de traitement plus bas sur la page.
Possibilités d’utilisation des capteurs de profil 2D/3D
Mesure des pièces
Contrôle de hauteur
Contrôle du diamètre
Contrôle de circularité
Mesure d’épaisseur
Positionnement
Guidage de la torche de soudure robotisée
Contrôle des cordons de soudure
Contrôle des jeux d’ajustement
Mesure du volume
Mesure d’angle
Secteurs et industries utilisant des capteurs de profil 2D/3D
Le module laser en détail
Ligne laser stable
Le laser intégré dans le boîtier du capteur est fixé mécaniquement avec précision et aligné avec précision. Ainsi, la projection de la ligne laser reste constante pendant toute la durée de vie. Les sources d’erreurs potentielles, telles que les sources lumineuses séparées, telles que les mauvais alignements ou les réajustements, sont ainsi éliminées.
Haute précision
L’axe optique du laser est parfaitement adapté à l’optique de la caméra et à l’angle de réception. Cette interaction garantit une triangulation exacte et un éclairage précis sur toute la largeur de mesure. Cela permet une acquisition fiable et haute résolution de profils 2D et de nuages de points 3D.
Protection IP élevée grâce à l’intégration commune du boîtier
Étant donné que le laser est logé avec tous les autres composants centraux dans un boîtier commun entièrement encapsulé, le capteur répond à des indices de protection élevés (IP67 ou IP69K). Cela garantit un fonctionnement fiable même dans les environnements industriels difficiles et élimine la nécessité de prendre des mesures de protection supplémentaires pour les composants sensibles.
Indépendant de l’éclairage externe
Le laser génère la lumière nécessaire, de sorte qu’aucun éclairage supplémentaire n’est nécessaire. Cela réduit le câblage, la complexité de la superstructure ainsi que les sources d’erreur potentielles dues à la lumière parasite ou aux conditions d’éclairage variables.
Comment un point laser devient-il une ligne laser ?
Comment fonctionnent les lentilles cylindriques et les lentilles Powell ?
Lentilles cylindriques
Lentilles Powell
Quelle est la différence entre la lumière ordinaire et la lumière laser ?
Lumière ordinaire
Lumière laser
Type de lumière des capteurs de profil 2D/3D
Pourquoi existe-t-il différentes longueurs d’onde laser ?
Le choix de la bonne longueur d’onde laser est décisif pour la qualité de mesure et l’adaptabilité d’un capteur de profil 2D/3D à différentes surfaces, matériaux et applications. La profondeur de pénétration dans le matériau et la sensibilité de la puce de la caméra jouent un rôle essentiel.
Profondeur de pénétration du matériau
La longueur d’onde affecte la profondeur à laquelle la lumière laser pénètre dans un matériau avant d’être diffusée ou réfléchie. La lumière bleue à ondes courtes de 405 nm reste plus forte à la surface, ce qui permet d’obtenir des résultats particulièrement précis sur les matériaux transparents, semi-transparents ou organiques tels que les colles, le caoutchouc ou le plastique. En revanche, les longueurs d’onde plus longues, telles que la lumière rouge de 660 nm ou la lumière infrarouge de 785–850 nm, pénètrent plus profondément et sont mieux adaptées aux surfaces sombres, diffuses ou métalliques.
Sensibilité de la puce de caméra
Les puces de caméra, également appelées capteurs d’image, possèdent une sensibilité différente à certaines longueurs d’onde en fonction de leur structure. Si la longueur d’onde laser est parfaitement adaptée à la courbe de sensibilité de la puce de la caméra, l’intensité du signal s’améliore considérablement. Cela permet d’utiliser des temps d’exposition plus courts avec la même puissance laser, ce qui se traduit par une plus grande précision de mesure et des incertitudes de mesure réduites.
Le graphique montre la courbe spectrale normalisée d’un capteur de profil 2D/3D entre 400 et 1 000 nm.
Filtre passe-bande : Filtrage ciblé de la lumière pour des résultats de mesure stables
Les filtres passe-bande sont des filtres optiques adaptés exactement à la longueur d’onde du laser utilisé. Ils ne laissent passer que la lumière dans cette plage spectrale étroite. Toutes les autres composantes lumineuses, telles que la lumière ambiante, l’éclairage extérieur ou les faisceaux laser d’une autre longueur d’onde, sont masquées de manière fiable. Cela améliore considérablement la stabilité de mesure et garantit une détection de front stable et une capture précise des contours de profil, même dans des conditions d’éclairage très changeantes ou dans des environnements industriels lumineux. Aucun blindage supplémentaire ou contrôle de l’éclairage n’est nécessaire. Les filtres passe-bande sont directement intégrés dans le système optique de la caméra.
Éviter les interférences en cas de fonctionnement parallèle de plusieurs capteurs
Les systèmes de mesure modernes utilisent souvent plusieurs capteurs de profil 2D/3D qui fonctionnent avec différentes couleurs laser. Des filtres passe-bande sont utilisés pour éviter toute interférence mutuelle entre les capteurs. Les capteurs de profil 2D/3D avec laser rouge disposent d’un filtre passe-bande rouge qui ne laisse passer que cette lumière. En revanche, les capteurs à laser bleu ont un filtre passe-bande bleu qui ne laisse passer que la lumière laser bleue. Ces filtres bloquent les faisceaux laser de l’autre couleur de capteur, de sorte que les signaux ne se chevauchent pas et ne sont pas perturbés.
Quelle est l’influence de la couleur de l’objet mesuré sur le choix du laser ?
Le choix de la longueur d’onde laser appropriée dépend non seulement des propriétés optiques du capteur, mais aussi du comportement de réflexion de l’objet à mesurer. L’interaction spectrale entre la lumière laser et la surface du matériau influence directement la qualité du profil, le temps d’exposition et l’intensité du signal.
Outre la couleur, la surface du matériau est également importante. Les matériaux clairs, mats ou diffus réfléchissants se comportent différemment des objets brillants, sombres ou transparents. La coordination de la couleur laser et du matériau de l’objet permet d’optimiser considérablement les performances du capteur de profil 2D/3D. Même les surfaces difficiles telles que le caoutchouc, le verre, les métaux très brillants ou les matières organiques peuvent ainsi être détectées de manière sûre et précise.
Comportement de réflexion de la lumière laser rouge sur des objets de différentes couleurs
Objet rouge
Objet bleu
Objet noir
Comportement de réflexion de la lumière laser bleue sur des objets de différentes couleurs
Objet rouge
Faible réflexion du laser bleu, le signal de retour est faible
Objet bleu
Bonne réflexion du laser bleu, le signal de retour est très fort
Objet noir
La majeure partie de la lumière laser bleue est absorbée, le signal de retour est moyen
Sélection de la classe laser adaptée des capteurs de profil 2D/3D
Pour obtenir des performances de mesure optimales avec les capteurs de profil 2D/3D, il est essentiel de choisir la bonne classe laser, en particulier en ce qui concerne les propriétés de surface, la distance de travail, la vitesse de mesure et la lumière ambiante. Les capteurs de profil 2D/3D de wenglor sont disponibles dans différentes classes laser et permettent ainsi une adaptation précise et sûre à différents cas d’application.
Classes laser des capteurs de profil 2D/3D
Pour les capteurs de profil 2D/3D, les principes suivants s’appliquent : Plus la puissance laser est élevée, plus la classe laser est élevée. Cela représente un risque plus élevé et nécessite des mesures de protection appropriées. La classification des lasers s’effectue conformément à la norme DIN EN 60825-1 « Sécurité des dispositifs laser ». Le potentiel de danger est évalué sur la base de la longueur d’onde et de la puissance de sortie.
| Description | Sécurité | Application | |
|---|---|---|---|
| Classe laser 2 | La classe laser 2 a une puissance maximale de 1 mW et se situe dans la plage de longueurs d’onde de 400 à 700 nm. | En cas d’exposition brève des yeux, le rayonnement laser n’est pas dangereux, car le réflexe naturel de protection des paupières se déclenche. | Idéal pour les surfaces sensibles, les courtes distances et une intégration facile sans mesures de protection. |
| Classe laser 3R | La puissance de la classe laserá3R est comprise entre 1 et 5 mW dans une plage de longueurs d’onde comprise entre 302,5 nm et 700 µm. | Le rayonnement laser est potentiellement dangereux pour les yeux. Une évaluation des risques est nécessaire pour le fonctionnement. Les utilisateurs doivent être formés chaque année et un responsable de la protection laser doit être désigné. En outre, la zone laser doit être signalée en conséquence et l’accès doit être limité aux personnes autorisées. En fonction du résultat de l’évaluation des risques, des mesures de protection supplémentaires, telles que le port de lunettes de protection laser, peuvent être nécessaires. | Convient aux grandes distances de travail ou aux matériaux sombres. |
| Classe laser 3B | Les lasers de classe 3B ont une puissance de 5 à 500 mW et fonctionnent dans la plage de longueurs d’onde de 302,5 nm à 1 µm. | Le rayonnement laser est dangereux pour les yeux et éventuellement pour la peau. Une évaluation des risques est obligatoire pour l’exploitation. En outre, les utilisateurs doivent être formés chaque année, un responsable de la protection laser doit être désigné, la zone laser doit être marquée et l’accès doit être limité aux personnes autorisées. Le résultat de l’évaluation des risques détermine d’autres mesures de protection, telles que le port de lunettes de protection laser. | Pour les environnements particulièrement exigeants avec des surfaces difficiles ou une luminosité ambiante élevée. |
Caractéristiques de sécurité pour les classes laser supérieures
Pour les applications industrielles des classes laser 3R et 3B, wenglor propose les capteurs de profil 2D/3D performants de la série MLSL2xxS40. Ces capteurs disposent d’une fonction d’arrêt de sécurité intégrée qui désactive le faisceau laser dès que des conditions de sécurité prédéfinies sont remplies. Le capteur reste alors en service. La technologie répond aux exigences de la norme de sécurité EN ISO 13849-1:2016 et garantit une sécurité maximale dans les environnements industriels. En combinaison avec la technique de sécurité adaptée de wenglor, vous obtenez ainsi des solutions de sécurité globales pour vos machines et installations.
Caméra intégrée en détail
Puce de caméra
La puce de la caméra convertit la lumière entrante en signaux électriques à partir desquels sont ensuite générées des informations d’image numériques. La taille et la résolution de la puce influencent le niveau de détail et la précision des mesures.
Objectif
L’objectif concentre la lumière et la focalise sur la puce de la caméra. La distance focale de l’objectif influence considérablement le cadrage et la profondeur de champ.
Système optique et puce de traitement d’image – influence sur la plage de mesure et la précision
La combinaison de l’optique et de la puce de traitement d’images est déterminante pour la précision et la plage de mesure du capteur. En fonction de l’interaction de la distance focale, de la taille du capteur et de la résolution, le capteur de profil 2D/3D peut détecter de petits détails ou couvrir de plus grandes surfaces. Ces deux composants sont essentiels à la précision et à la plage de mesure de la sonde.
Le couplage mécanique avec le boîtier du capteur ainsi que l’orientation exacte par rapport au module laser garantissent une capture d’image fiable sans ajustement supplémentaire.
Champ de vision du capteur
La position à laquelle la ligne laser réfléchie est projetée sur le capteur CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) dépend directement de la distance de l’objet. Plus la distance augmente, plus la position de la ligne laser sur la puce CMOS (1) change verticalement, ce qui permet d’acquérir l’information de hauteur.
Les différentes plages de mesure des capteurs de profil 2D/3D résultent du format mécanique, de l’angle de triangulation et de l’optique installée. Les systèmes de lentilles utilisés déterminent le champ de vision du capteur par leur distance focale, qui est trapézoïdale en raison du principe de mesure triangulaire.
La plage de mesure (2) est divisée en trois zones – début (3), milieu (4) et fin (5) – où la résolution latérale (x) se transforme sur toute la profondeur (z).
Au début de la plage de mesure, la résolution x est la plus élevée en raison de la plus faible extension optique du champ de vision. En fin de compte, elle diminue, car le capteur CMOS affiche de plus grandes zones de l’objet avec un nombre constant de pixels. Il en résulte une résolution latérale variable, qui est indiquée dans la fiche technique comme valeur de plage.
Image de la caméra
Image de la caméra
Image de la caméra avec la grille CMOS avec lignes (x) et colonnes (y)
Quelle est la résolution d’un capteur de profil 2D/3D ?
La résolution d’un capteur de profil 2D/3D est déterminée par le champ de vision et le nombre de pixels du capteur CMOS intégré.
- La résolution x du capteur résulte du nombre de pixels horizontaux sur la puce de traitement d’image, donc de la résolution par ligne.
- La résolution z du capteur résulte du nombre de pixels verticaux sur la puce de traitement d’image, donc de la résolution par colonne.
- La résolution y du capteur indique le nombre de profils par unité de longueur. Elle ne dépend pas directement de la puce de traitement d’image, mais du mouvement relatif entre le capteur de profil 2D/3D et l’objet, ainsi que de la fréquence de mesure du capteur. Une fréquence de mesure plus élevée à vitesse de déplacement constante entraîne une capture de profil plus dense le long du sens de déplacement et donc une meilleure résolution y.
Plus de précision grâce à la technologie subpixel
Quelle est l’influence du champ de vision sur la résolution ?
Large champ de vision
Faible champ de vision
Comment l’image de la caméra et les pixels deviennent-ils un profil altimétrique 2D ?
Image de la caméra avec la grille CMOS avec lignes (x) et colonnes (y)
Profil de hauteur 2D
De pixels en millimètres
Pour convertir les pixels saisis par le capteur CMOS en coordonnées métriques précises, chaque capteur de profil 2D/3D est linéarisé en usine. Dans le cadre de cette procédure, le capteur est monté sur une table de linéarisation de haute précision et aligné avec précision sur un objet de référence étalonné. La linéarisation s’effectue sur toute la plage de mesure et détermine l’écart entre les coordonnées de pixels réellement détectées et les données métriques en millimètres.
Les données de correction résultantes sont enregistrées en permanence dans le capteur sous forme de matrice de linéarisation. Cette compensation garantit une sortie fiable des valeurs de hauteur et de position absolues en millimètres et garantit que chaque capteur peut être utilisé directement dans des environnements industriels exigeants sans calibrage supplémentaire.
Résolution et précision des capteurs de profil 2D/3D
Résolution
La résolution définit la plus petite différence physique qu’un capteur peut encore détecter clairement et différencier en tant que valeur de mesure. Elle définit ainsi la taille d’échantillonnage minimale avec laquelle les changements dans le signal de mesure sont détectés.
Précision
Cependant, la précision de mesure n’est pas uniquement déterminée par la résolution. Elle dépend également de divers facteurs externes, tels que les propriétés optiques et physiques de l’objet mesuré, le comportement de réflexion, l’influence de la lumière parasite, les variations de température, les vibrations mécaniques, le type de fixation ainsi que les algorithmes d’évaluation utilisés. La précision résulte de la combinaison de la précision (répétabilité dans les mêmes conditions) et de l’exactitude (écart de la valeur de mesure par rapport à la valeur de référence réelle) et décrit ainsi la fiabilité et l’exactitude avec lesquelles le capteur représente l’objet réel.
Paramètres d’optimisation de la capture d’images
La région d’intérêt détermine quelle section du champ de vision est utilisée pour l’évaluation ou la mesure.
Fréquence d’images
La caméra CMOS du capteur de profil 2D/3D est décisive pour la vitesse de mesure atteignable. Votre fréquence d’images indique le nombre d’images que la caméra peut capturer par seconde. Elle est exprimée en images par seconde (fps) ou en hertz (Hz).
Comme chaque image capturée représente un profil altimétrique complet, la fréquence d’images de la caméra correspond directement au nombre de profils de mesure par seconde. Une fréquence d’images élevée permet ainsi une fréquence de profil élevée en conséquence.
| Caméra CMOS | Capteur de profil 2D/3D |
|---|---|
| Images par seconde (fps) | Profils par seconde (Hz) |
| 500 fps | 500 profils par seconde ou 500 Hz |
Région d’intérêt (RdI)
La réduction de la région d’intérêt ne modifie pas la résolution optique, mais minimise uniquement le nombre de lignes ou de colonnes de pixels à lire. Cela entraîne une augmentation significative de la fréquence de mesure, car moins de données d’image doivent être traitées. L’ajustement ciblé de la ROI aux zones d’objet pertinentes pour l’application permet une acquisition de données optimisée tout en maximisant la vitesse du processus. En règle générale, aussi petit que possible, aussi grand que nécessaire.
Dans l’animation, l’ensemble du champ de vision du capteur est repéré par un cadre bleu. Le cadre vert indique la région d’intérêt, c’est-à-dire la zone d’image restreinte. Surtout pour les petits objets, il est judicieux de limiter le champ de vision pour obtenir une meilleure fréquence de mesure.
Sous-échantillonnage
Schéma 1 : Sans sous-échantillonnage
Schéma 2 : Avec sous-échantillonnage
Associé à la ROI pour des performances maximales
La vitesse de mesure la plus élevée est obtenue lorsque le sous-échantillonnage est combiné à une restriction ciblée du champ de vision. En limitant la ROI à une partie pertinente de la caméra intégrée, dans les directions x et z, seuls les pixels de la plage de mesure définie sont capturés et traités.
La combinaison de la ROI et du sous-échantillonnage permet ainsi d’obtenir des taux de profil très élevés avec une faible quantité de données. C’est particulièrement avantageux pour les applications où la rapidité et l’efficacité sont essentielles.
Comparaison des paramètres de la région d’intérêt et du sous-échantillonnage
| Mode | Nombre de pixels lus | Plage de mesure | Résolution | Vitesse de mesure | Scénario d’utilisation |
|---|---|---|---|---|---|
| Plein écran | Tous les pixels (ROI complète) | Zone complète | Résolution maximale des détails | Faible à moyenne | Mesures précises nécessitant toutes les informations d’image |
| ROI | Plage partielle (définie) | Réduction | Inchangé dans la zone active | Moyenne à élevée | Mesure ciblée sur les zones pertinentes de l’objet |
| Sous-échantillonnage | Un pixel sur chaque n | Zone complète | Résolution réduite | Élevée | Mesure grossière, orientation rapide, vérification préalable |
| ROI + Sous-échantillonnage | Quelques pixels sélectionnés | Réduction | Résolution réduite | Très élevée | Applications hautement dynamiques avec une plage cible clairement définie |
L’unité de traitement en détail
L’unité de traitement du capteur de profil 2D/3D traite les profils le long d’une chaîne de traitement du signal optimisée. Après la saisie de la ligne laser par la puce d’image CMOS et le calcul du profil en temps réel ainsi que le calibrage dans le FPGA, la CPU se charge de l’évaluation centrale du profil. Cela peut se faire dans les deux modes de fonctionnement « Capteur de profil intelligent » ou « Générateur de profil ».
Capteur de profil intelligent
En mode intelligent, toute l’évaluation est effectuée directement sur le capteur de profil 2D/3D lui-même. Le logiciel de vision industrielle fonctionne sur le capteur et traite les données de profil saisies. Ainsi, les résultats de mesure pertinents sont calculés et peuvent être fournis directement par le capteur. Ces résultats, tels que les écarts de hauteur, les contours d’objets, la détection de position ou les comparaisons de tolérances, sont directement transmis sous forme de valeurs de mesure spécifiques à l’application à un API, à une commande de niveau supérieur ou à d’autres actionneurs. Un traitement externe des données n’est pas nécessaire. Cela réduit la complexité du système et permet une évaluation directe sur l’appareil. Cependant, en raison de la capacité de calcul limitée en mode intelligent, les performances sont généralement inférieures au taux de profil théoriquement possible. Si c’est le cas, il est recommandé d’utiliser le mode « Générateur de profils » en combinaison avec une évaluation externe comme uniVision.
Générateur de profil
En mode « Générateur de profil », le capteur transmet uniquement le profil 2D (données x et z) sans interprétation directe. L’évaluation s’effectue ensuite en externe, soit au sein de l’écosystème wenglor, par exemple avec le logiciel de traitement d’images wenglor uniVision sur un contrôleur de vision industrielle, soit via un logiciel tiers indépendant sur un PC industriel externe. Cette flexibilité permet de réaliser des évaluations complexes, des algorithmes personnalisés ou des analyses spécifiques à l’application en dehors du capteur, en particulier pour les solutions personnalisées ou les flux de travail intégrés dans les environnements logiciels existants.
Comparaison des modes de fonctionnement des capteurs de profil 2D/3D
| Mode de fonctionnement | Résultat | Transformation | Caractéristiques |
|---|---|---|---|
| Capteur de profil intelligent | Valeurs de mesure | L’évaluation s’effectue sur le capteur de profil 2D/3D |
|
| Générateur de profil | Profils 2D | Traitement avec un logiciel externe |
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Capteur de profil intelligent
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|---|---|---|
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Valeurs de mesure
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L’évaluation s’effectue sur le capteur de profil 2D/3D
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Générateur de profil
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Profils 2D
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Traitement avec un logiciel externe
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Interfaces en détail
Qu’est-ce qu’une interface ?
Les interfaces constituent la base de la communication entre les capteurs, les commandes et le logiciel. Ils comprennent la connexion physique (interfaces matérielles), les règles de transmission (protocoles) et les fonctionnalités logicielles (interfaces logicielles) qui garantissent une intégration fiable et flexible aux systèmes industriels.
1. Interfaces matérielles – le niveau de connexion physique
Les interfaces matérielles établissent la connexion physique de base entre le capteur de profil 2D/3D, la commande, le réseau et le logiciel. Ils définissent les types de connexions électriques et mécaniques par lesquelles les données et les ordres de commande sont transmis. Ces interfaces physiques, telles que les câbles Ethernet, les connecteurs M12 ou les E/S numériques, fournissent le chemin de transmission nécessaire pour une communication fiable.
2. Protocoles – le niveau de communication logique
Les protocoles définissent les règles et les procédures selon lesquelles les données sont transférées via les interfaces matérielles. Ils servent de « langage » commun pour la communication et permettent à l’émetteur et au récepteur d’interpréter correctement les données. Les protocoles définissent, entre autres, la manière dont les paquets de données sont établis, adressés, envoyés et reçus. Différents types de transmission sont utilisés en fonction des exigences en matière de vitesse, de fiabilité et de capacité en temps réel.
3. Interfaces logicielles – le niveau d’application
Les interfaces logicielles permettent le contrôle, la configuration et l’évaluation des données des capteurs par des systèmes supérieurs ou des applications individuelles. Ils définissent les points d’accès logiques et les méthodes de communication qui permettent aux solutions logicielles d’accéder aux données des capteurs ou d’utiliser les fonctions des capteurs. Il s’agit notamment d’API, de services Web, de journaux de configuration et d’interfaces standardisées qui permettent une intégration flexible dans différents environnements logiciels. Les interfaces logicielles éliminent la complexité de la communication des données et facilitent ainsi l’intégration dans des systèmes et des solutions logicielles personnalisés.
De quelles interfaces les capteurs de profil 2D/3D sont-ils équipés ?
Interfaces matérielles
- E/S numériques (entrées/sorties numériques, entrées codeur)
- Ethernet
Protocoles
- TCP/IP
- UDP/IP
- GigE Vision
Interfaces logicielles
- GigE Vision/API GenICam
- wenglor uniVision
- Software Development Kit (SDK)
Exemple d’interaction des trois niveaux d’interface
Interfaces matérielles des capteurs de profil 2D/3D
Interfaces E/S numériques
Les entrées et sorties numériques permettent la commande et la synchronisation directes de capteurs de profil 2D/3D dans les processus industriels.
L’entrée numérique permet de déclencher des mesures avec une précision temporelle exacte via des signaux de commande externes. Ceci est particulièrement pertinent pour les processus basés sur bande ou cadencés. Par exemple, la mesure peut commencer dès qu’un produit atteint une certaine position sur le convoyeur et que le capteur reçoit un signal correspondant.
L’avantage d’un codeur est qu’il prend automatiquement en compte la vitesse des objets en mouvement et ajuste l’image capturée en conséquence. Cela permet d’obtenir des profils de hauteur réguliers et précis, même en cas de mouvements oscillants. À l’inverse, un déclenchement fixe déclenche la capture d’image à un moment constant, quelle que soit la vitesse de l’objet. Cela peut à son tour entraîner des imprécisions.
Exemple d’application avec et sans codeur
Exemple d’application avec encodeur
Interface Ethernet
L’interface Ethernet (par ex. via RJ45, Gigabit Ethernet) constitue la base de la communication entre le capteur et le système externe. Ils permettent de transmettre les grandes quantités de données des profils altimétriques ainsi que de configurer, visualiser, commander et synchroniser le capteur. Selon le mode de fonctionnement et le protocole, il est possible de transférer des profils ou des résultats déjà évalués.
Avantages de la connexion Ethernet
Débits de données élevés pour un transfert rapide des profils
Compatibilité avec les protocoles standard tels que TCP/IP, UDP, GigE Vision, GenICam et PROFINET
Intégration facile à l’infrastructure réseau existante
Vue d’ensemble des protocoles et des interfaces logicielles
Les capteurs de profil 2D/3D sont disponibles dans les modes de fonctionnement « Capteur de profil intelligent » et « Générateur de profil ». L’interface de communication appropriée peut être sélectionnée en fonction du mode de fonctionnement sélectionné. Les solutions de capteurs peuvent ainsi être adaptées de manière ciblée aux concepts de commande, aux flux de données et aux exigences en temps réel de chaque application.
Capteur de profil intelligent
Générateur de profil
Détection de profil à 360° avec VisionApp 360
Le logiciel VisionApp 360 permet de combiner plusieurs capteurs de profil 2D/3D de manière à obtenir un profil de hauteur 2D commun à partir de mesures individuelles. Pour ce faire, les capteurs sont alignés et étalonnés les uns par rapport aux autres dans l’espace, de sorte que leurs systèmes de coordonnées individuels sont convertis en un système de coordonnées global cohérent. À l’étape suivante, les profils individuels des capteurs sont regroupés pour former un profil global cohérent. Celui-ci est ensuite disponible pour d’autres étapes de traitement.
Interfaces types et leur utilisation en fonction du mode de fonctionnement
| Interface / protocole | Capteur de profil intelligent | Générateur de profil | Données transmises |
|---|---|---|---|
| Entrées/sorties numériques |  |
|
Déclencheurs / résultats |
| TCP/IP | |
|
Données de profil / résultats |
| GigE Vision |  |
|
Données de profil |
| GenICam | |
|
Données de profil, commande |
| SDK | |
|
Données de profil, commande |
Interfaces standard pour une compatibilité maximale
Intégration indépendante du fabricant
Compatibilité logicielle
Protection des investissements
La compatibilité avec les bibliothèques de traitement d’images et les composants matériels établis garantit une utilisation à long terme des systèmes existants.
Sécurité d’avenir
Contrôle maximal grâce aux SDK des fabricants
Performances optimales grâce à la connexion native
Intégration personnalisée dans votre propre environnement logiciel
Développement rapide avec des exemples de code et des outils
À titre de comparaison : Interfaces standard vs SDK/API spécifiques au fabricant
| Caractéristique | Interfaces standard | SDK/API spécifique au fabricant |
|---|---|---|
| Compatibilité | Élevée (pour tous les appareils, indépendamment du fabricant) | Utilisable uniquement avec des appareils du même fabricant |
| Dépenses d’intégration | Faibles – grâce à la standardisation | Supérieures, nécessite une connaissance de l’architecture spécifique du fabricant |
| Flexibilité/étendue des fonctions | Limitée aux fonctions normalisées* | Très élevée – accès à des fonctions plus approfondies et au paramétrage |
| Évolutivité/Maintenance | Bonne disponibilité à long terme grâce à la standardisation | Dépend de l’assistance et de la maintenance logicielle du fabricant |
* Même au sein d’interfaces standardisées, des fonctions spécifiques à l’application peuvent être intégrées. Cela permet des personnalisations sans compromettre la compatibilité avec les systèmes ou protocoles existants.
Quand faut-il choisir des interfaces standard ou des SDK/API spécifiques au fabricant ?
- Les interfaces standard sont idéales pour une intégration simple, une grande compatibilité et la connexion à des solutions logicielles tierces existantes.
- Le SDK est le choix idéal lorsque le contrôle maximal, la personnalisation ou des fonctionnalités spéciales, telles que le contrôle direct des capteurs ou le développement de solutions logicielles propres, sont nécessaires.
