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.
Panoramica dei componenti principali di un sensore di profilo 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”
Spiegazione dettagliata dei componenti principali: Per saperne di più!
Possibilità di impiego dei sensori di profilo 2D/3D
Misurazione delle parti
Controllo altezza
Controllo diametro
Controllo rotondità
Misurazione di spessore
Posizionamento
Controllo applicazione insegui giunto
Controllo qualità del cordone di saldatura
Controllo fessura
Misurazione di volumi
Misurazione angolare
Settori e industrie in cui vengono utilizzati i sensore di profilo 2D/3D
Il modulo laser in dettaglio
Linea laser stabile
Il laser integrato nell’alloggiamento del sensore è fissato meccanicamente e allineato con precisione. In questo modo la proiezione della linea laser rimane costante per tutta la vita media. In questo modo si eliminano le possibili fonti di errore che possono verificarsi con fonti di luce separate, ad esempio disallineamenti o regolazioni.
Elevata precisione
L’asse ottico del laser è perfettamente adattato all’ottica della camera e all’angolo di ricezione. Questa interazione garantisce un’esatta triangolazione e un’illuminazione precisa sull’intera larghezza di misura. Ciò consente un’acquisizione affidabile e ad alta risoluzione di profili 2D e nuvole di punti 3D.
Elevato grado di protezione IP grazie all’integrazione comune dell’alloggiamento
Poiché il laser è alloggiato insieme a tutti gli altri componenti principali in una custodia comune completamente incapsulata, il sensore soddisfa elevati gradi di protezione (IP67 o IP69K). Ciò garantisce un funzionamento affidabile anche in ambienti industriali difficili e rende superflue ulteriori misure di protezione per i componenti sensibili.
Indipendente dall’illuminazione esterna
Il laser genera la luce necessaria, quindi non è necessaria alcuna illuminazione aggiuntiva. In questo modo si riducono il dispendio di cablaggio, la complessità della sovrastruttura e le potenziali fonti di errore dovute a luce estranea o condizioni di illuminazione variabili.
Come si trasforma un punto laser in una linea laser?
Come funzionano le lenti cilindriche e Powell?
Lenti cilindriche
Lenti Powell
Qual è la differenza tra luce normale e luce laser?
Luce normale
Luce laser
Tipi di luce dei sensori di profilo 2D/3D
Perché esistono diverse lunghezze d’onda laser?
La scelta della giusta lunghezza d’onda laser è fondamentale per la qualità di misura e l’adattabilità di un sensore di profilo 2D/3D a diverse superfici, materiali e applicazioni. La profondità di penetrazione nel materiale e la sensibilità del chip della camera giocano un ruolo fondamentale.
Profondità di penetrazione nel materiale
La lunghezza d’onda influenza la profondità di penetrazione della luce laser in un materiale prima che venga diffusa o riflessa. La luce blu a onda corta da 405 nm rimane più forte sulla superficie, fornendo risultati particolarmente precisi su materiali trasparenti, semi-trasparenti o organici come adesivi, gomma o plastica. Le lunghezze d’onda più lunghe, come la luce rossa a 660 nm o la luce infrarossa a 785–850 nm, penetrano più in profondità e sono più adatte a superfici scure, diffuse o metalliche.
Sensibilità del chip della camera
I chip delle camere, detti anche sensori di immagine, hanno una sensibilità diversa rispetto a determinate lunghezze d’onda a seconda della struttura. Se la lunghezza d’onda del laser è adattata in modo ottimale alla curva di sensibilità del chip della camera, l’intensità del segnale migliora notevolmente. Ciò consente di utilizzare tempi di illuminazione più brevi con la stessa potenza laser, con conseguente maggiore precisione di misurazione e minori incertezze di misura.
Il grafico mostra la curva spettrale normalizzata di un sensore di profilo 2D/3D tra 400 e 1.000 nm.
Filtro passa banda: Filtraggio mirato della luce per risultati di misura stabili
I filtri passa banda sono filtri ottici adattati esattamente alla lunghezza d’onda del laser utilizzato. Lasciano passare solo la luce in questo ristretto intervallo spettrale. Tutte le altre componenti luminose, come la luce ambientale, l’illuminazione esterna o il fascio laser di un’altra lunghezza d’onda, vengono oscurate in modo affidabile. Ciò migliora notevolmente la stabilità di misura e garantisce un rilevamento bordi stabile e un rilevamento preciso del profilo, anche in condizioni di luce molto variabili o in ambienti industriali luminosi. Non è necessaria una schermatura aggiuntiva o un controllo della luce. I filtri passa banda sono integrati direttamente nel sistema ottico della camera.
Prevenzione delle interferenze in caso di funzionamento in parallelo di più sensori
Nei moderni sistemi di misura vengono spesso utilizzati più sensori di profilo 2D/3D che lavorano con diversi colori laser. Per evitare interferenze reciproche tra i sensori, vengono utilizzati filtri passa banda. I sensori di profilo 2D/3D con laser rosso dispongono di un filtro passa-banda rosso che lascia passare solo questa luce. I sensori con laser blu, invece, hanno un filtro passa banda blu che lascia passare solo la luce laser blu. Questi filtri bloccano il fascio laser dell’altro colore del sensore per evitare che i segnali si sovrappongano o interferiscano.
Qual è l’influenza del colore dell’oggetto da misurare sulla scelta del laser?
La scelta della lunghezza d’onda laser adatta dipende non solo dalle caratteristiche ottiche del sensore, ma anche in misura determinante dal comportamento di riflessione dell’oggetto da misurare. L’interazione spettrale tra luce laser e superficie del materiale influisce direttamente sulla qualità del profilo, sul tempo di illuminazione e sull’intensità del segnale.
Oltre al colore, è importante anche la superficie del materiale. I materiali chiari, opachi o diffusamente riflettenti si comportano in modo diverso rispetto agli oggetti lucidi, scuri o trasparenti. L’abbinamento del colore laser e del materiale dell’oggetto consente di ottimizzare notevolmente le prestazioni del sensore di profilo 2D/3D. In questo modo è possibile rilevare in modo sicuro e preciso anche superfici difficili come gomma, vetro, metalli lucidi o sostanze organiche.
Comportamento di riflessione della luce laser rossa su oggetti di diversi colori
Oggetto rosso
Oggetto blu
Oggetto nero
Comportamento di riflessione della luce laser blu su oggetti di diversi colori
Oggetto rosso
Bassa riflessione del laser blu, segnale di ritorno debole
Oggetto blu
Buona riflessione del laser blu, il segnale di ritorno è molto forte
Oggetto nero
La maggior parte della luce laser blu viene assorbita, il segnale di ritorno è medio
Scelta della classe laser idonea dei sensori di profilo 2D/3D
Per ottenere prestazioni di misura ottimali con i sensori di profilo 2D/3D, è fondamentale scegliere la giusta classe laser, in particolare per quanto riguarda le caratteristiche superficiali, la distanza di lavoro, la velocità di misura e la luce ambiente. I sensori di profilo 2D/3D di wenglor sono disponibili in diverse classi laser e consentono quindi un adattamento preciso e sicuro a diversi casi applicativi.
Classi laser dei sensori di profilo 2D/3D
Per i sensori di profilo 2D/3D vale fondamentalmente: Più elevata è la potenza laser e maggiore sarà la classe laser. Ciò comporta un rischio maggiore e richiede misure di protezione adeguate. La classificazione dei laser avviene in conformità alla norma DIN EN 60825-1 “Sicurezza dei dispositivi laser”. Il potenziale di rischio viene valutato in base alla lunghezza d’onda e alla potenza di uscita.
| Descrizione | Sicurezza | Applicazione | |
|---|---|---|---|
| Classe laser 2 | La classe laser 2 ha una potenza massima di 1 mW e una lunghezza d’onda compresa tra 400 e 700 nm. | In caso di breve irradiazione degli occhi, la radiazione laser è innocua, in quanto si attiva il riflesso naturale di protezione delle palpebre. | Ideale per superfici sensibili, brevi distanze e facile integrazione senza misure di protezione. |
| Classe laser 3R | La potenza della classe laser 3R è compresa tra 1 e 5 mW in un intervallo di lunghezza d’onda compreso tra 302,5 nm e 700 µm. | La radiazione laser è potenzialmente pericolosa per gli occhi. Per il funzionamento è necessaria una valutazione dei rischi. Gli utenti devono essere istruiti annualmente e deve essere nominato un incaricato della protezione laser. Inoltre, l’area del laser deve essere opportunamente contrassegnata e l’accesso deve essere limitato alle persone autorizzate. A seconda del risultato della valutazione del rischio, possono essere necessarie ulteriori misure di protezione, come l’uso di occhiali protettivi per laser. | Adatto per distanze di lavoro maggiori o materiali scuri. |
| Classe laser 3B | I laser di classe 3B hanno una potenza compresa tra 5 e 500 mW e funzionano nell’intervallo di lunghezza d’onda compreso tra 302,5 nm e 1 µm. | La radiazione laser è pericolosa per gli occhi ed eventualmente anche per la pelle. Per il funzionamento è obbligatoria una valutazione dei rischi. Inoltre, gli utenti devono essere istruiti annualmente, deve essere nominato un incaricato della protezione laser, l’area laser deve essere contrassegnata e l’accesso limitato alle persone autorizzate. Il risultato della valutazione del rischio determina ulteriori misure di protezione, come l’uso di occhiali di protezione laser. | Per ambienti particolarmente impegnativi con superfici difficili o elevata luminosità ambientale. |
Caratteristiche di sicurezza per classi laser superiori
Per le applicazioni industriali delle classi laser 3R e 3B, wenglor offre i potenti sensori di profilo 2D/3D della serie MLSL2xxS40. Questi sensori dispongono di uno spegnimento laser di sicurezza integrato che disattiva il fascio laser non appena vengono soddisfatte condizioni di sicurezza predefinite. Il sensore continua a funzionare. La tecnologia soddisfa i requisiti della norma di sicurezza EN ISO 13849-1:2016 e garantisce la massima sicurezza in ambienti industriali. In combinazione con la tecnica di sicurezza idonea di wenglor, si ottengono così soluzioni di sicurezza complete per i vostri macchinari e impianti.
Camera integrata in dettaglio
Chip camera
Il chip della camera converte la luce incidente in segnali elettrici, dai quali vengono quindi generate informazioni digitali sull’immagine. Le dimensioni e la risoluzione del chip influenzano la precisione dei dettagli e la precisione delle misure.
Obiettivo
L’obiettivo concentra la luce e la mette a fuoco sul chip della camera. La distanza focale dell’obiettivo influisce notevolmente sulla sezione dell’immagine e sulla profondità di campo.
Ottica e chip di immagine: influenza sul campo di misurazione e sulla precisione
La combinazione di ottica e chip di immagine è fondamentale per la precisione e il campo di misurazione del sensore. A seconda dell’interazione tra distanza focale, dimensioni del sensore e risoluzione, il sensore di profilo 2D/3D è in grado di riconoscere dettagli più piccoli o di coprire superfici più grandi. Entrambi i componenti sono fondamentali per la precisione e il campo di misurazione del sensore.
Grazie all’accoppiamento meccanico con l’alloggiamento del sensore e all’esatto orientamento rispetto al modulo laser, è possibile ottenere un’acquisizione affidabile delle immagini senza ulteriori operazioni di regolazione.
Campo visivo del sensore
La posizione in cui la linea laser riflessa viene proiettata sul sensore CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) dipende direttamente dalla distanza dell’oggetto. Man mano che la distanza aumenta, la posizione della linea laser sul chip CMOS (1) cambia verticalmente, consentendo di acquisire le informazioni sull’altezza.
I diversi campi di misurazione dei sensori di profilo 2D/3D derivano dalla forma meccanica, dall’angolo di triangolazione e dall’ottica montata. I sistemi di lenti utilizzati determinano il campo visivo del sensore tramite la loro distanza focale, che è trapezoidale grazie al principio di misurazione triangolare.
Il campo di misurazione (2) è suddiviso in tre zone – inizio (3), centro (4) e fine (5) – dove la risoluzione laterale (x) cambia per tutta la profondità (z).
All’inizio del campo di misurazione, la risoluzione x è massima a causa della minore estensione ottica del campo visivo. Alla fine diminuisce, poiché sul sensore CMOS vengono riprodotte aree più grandi dell’oggetto con un numero costante di pixel. Di conseguenza, si ottiene una risoluzione laterale variabile che viene indicata nella scheda tecnica come valore di intervallo.
Immagine della camera
Immagine della camera
Immagine della camera con griglia CMOS con righe (x) e colonne (y)
Qual è la risoluzione di un sensore di profilo 2D/3D?
La risoluzione di un sensore di profilo 2D/3D è determinata dal campo visivo e dal numero di pixel del sensore CMOS integrato.
- La risoluzione x del sensore deriva dal numero di pixel orizzontali sul chip di immagine, quindi dalla risoluzione per riga.
- La risoluzione z del sensore deriva dal numero di pixel verticali sul chip di immagine, quindi dalla risoluzione per colonna.
- La risoluzione y del sensore indica il numero di profili per unità di lunghezza. Non dipende direttamente dal chip di immagine, ma dal movimento relativo tra il sensore di profilo 2D/3D e l’oggetto e dalla frequenza di misurazione del sensore. Una frequenza di misurazione più elevata a velocità di movimento costante comporta un’acquisizione del profilo più densa lungo la direzione di movimento e quindi una migliore risoluzione y.
Maggiore precisione grazie alla tecnologia subpixel
Qual è l’influenza del campo visivo sulla risoluzione?
Campo visivo ampio
Campo visivo piccolo
Come si trasforma l’immagine della camera e i pixel in un profilo altimetrico 2D?
Immagine della camera con griglia CMOS con righe (x) e colonne (y)
Profilo altimetrico 2D
Da pixel in millimetri
Per convertire i pixel rilevati dal sensore CMOS in coordinate metriche precise, ogni sensore di profilo 2D/3D viene linearizzato in fabbrica. Nell’ambito di questa procedura, il sensore viene montato su una tavola di linearizzazione ad alta precisione e allineato esattamente a un oggetto di riferimento calibrato. La linearizzazione avviene sull’intero campo di misurazione e determina lo scostamento tra le coordinate dei pixel effettivamente rilevate e i dati metrici in millimetri.
I dati di correzione risultanti vengono memorizzati permanentemente nel sensore come matrice di linearizzazione. Questa compensazione garantisce un’uscita affidabile dei valori assoluti di altezza e posizione in millimetri e garantisce che ogni sensore possa essere utilizzato direttamente in ambienti industriali difficili senza ulteriori tarature.
Risoluzione e precisione dei sensori di profilo 2D/3D
Risoluzione
La risoluzione definisce la più piccola differenza fisica che un sensore può ancora rilevare in modo univoco e differenziare come valore misurato. Definisce quindi la dimensione minima di campionamento con cui vengono rilevate le variazioni nel segnale di misura.
Precisione
Tuttavia, la precisione di misurazione non è determinata solo dalla risoluzione. Inoltre dipende da diversi fattori esterni, come ad esempio le proprietà ottiche e fisiche dell’oggetto da misurare, il comportamento di riflessione, l’influenza della luce estranea, le fluttuazioni di temperatura, le vibrazioni meccaniche, il tipo di fissaggio e gli algoritmi di valutazione utilizzati. L’accuratezza deriva dalla combinazione di precisione (ripetibilità nelle stesse condizioni) e correttezza (deviazione del valore misurato dal valore di riferimento effettivo) e descrive quindi quanto il sensore riproduce l’oggetto reale in modo affidabile e corretto.
Parametri per l’ottimizzazione dell’acquisizione delle immagini
La Region of Interest (regione di interesse) definisce quale sezione del campo visivo viene utilizzata per la valutazione o la misurazione.
Frequenza dei fotogrammi
La camera CMOS nel sensore di profilo 2D/3D è fondamentale per la velocità di misura raggiungibile. La frequenza dei fotogrammi indica quanti fotogrammi al secondo la camera è in grado di acquisire. Viene espressa in fotogrammi al secondo (fps) o in hertz (Hz).
Poiché ogni immagine acquisita rappresenta un profilo altimetrico completo, la frequenza dei fotogrammi della camera corrisponde direttamente al numero di profili di misura al secondo. Un’elevata frequenza dei fotogrammi consente quindi una frequenza di profilo corrispondentemente elevata.
| Camera CMOS | Sensore profilo 2D/3D |
|---|---|
| Fotogrammi al secondo (fps) | Profili al secondo (Hz) |
| 500 fps | 500 profili al secondo o 500 Hz |
Region of Interest (ROI)
La riduzione della ROI non modifica la risoluzione ottica, ma riduce al minimo il numero di righe o colonne di pixel da leggere. Ciò comporta un aumento significativo della frequenza di misurazione, poiché è necessario elaborare meno dati di immagine. L’adattamento mirato della ROI alle aree dell’oggetto rilevanti per l’applicazione consente un’acquisizione dei dati ottimizzata con la massima velocità di processo. In questo caso vale quanto segue: più piccola possibile, più grande quanto basta.
Nell’animazione l’intero campo visivo del sensore è contrassegnato da una cornice blu. La cornice verde mostra la ROI, ovvero l’area limitata dell’immagine. Soprattutto per gli oggetti più piccoli è utile limitare il campo visivo per ottenere una migliore frequenza di misurazione.
Sottocampionamento
Figura 1: Senza sottocampionamento
Figura 2: Con sottocampionamento
Combinazione con ROI per massimizzare le prestazioni
La massima velocità di misura si ottiene combinando il sottocampionamento con una limitazione mirata del campo visivo. Limitando la ROI a un’area parziale rilevante della camera integrata, sia in direzione x che z, vengono acquisiti ed elaborati esclusivamente i pixel del campo di misurazione definito.
La combinazione di ROI e sottocampionamento consente quindi velocità di profilatura molto elevate con una quantità di dati ridotta. Ciò è particolarmente vantaggioso per le applicazioni in cui la velocità e l’efficienza sono fondamentali.
Confronto delle impostazioni regione di interesse e sottocampionamento
| Modalità | Quantità di pixel letta | Campo di misurazione | Risoluzione | Velocità di misurazione | Scenario di utilizzo |
|---|---|---|---|---|---|
| Schermo a tutto campo | Tutti i pixel (ROI completa) | Area completa | Massima risoluzione dei dettagli | Da bassa a media | Misure precise che richiedono tutte le informazioni dell’immagine |
| ROI | Area parziale (definita) | Ridotta | Invariata nell’area attiva | Da media a alta | Misurazione focalizzata su aree rilevanti dell’oggetto |
| Sottocampionamento | Solo un pixel su n-te | Area completa | Risoluzione ridotta | Elevata | Misurazione approssimativa, orientamento rapido, verifica preliminare |
| ROI + sottocampionamento | Pochi pixel selezionati | Ridotta | Risoluzione ridotta nel ROI | Molto elevata | Applicazioni altamente dinamiche con un intervallo di destinazione chiaramente definito |
Centralina di analisi in dettaglio
La centralina di analisi del sensore di profilo 2D/3D elabora i profili lungo una catena di elaborazione del segnale ottimizzata. Dopo il rilevamento della linea laser da parte del chip immagine CMOS e il calcolo del profilo in tempo reale e la calibrazione nell’FPGA, la CPU si occupa della valutazione centrale del profilo. Ciò può avvenire nelle due modalità operative “Sensore di profilo intelligente” o “Generatore di profilo”.
Sensore di profilo intelligente
In modalità intelligente, l’intera valutazione viene eseguita direttamente sul sensore di profilo 2D/3D stesso. Il software Machine Vision funziona sul sensore ed elabora i dati del profilo acquisiti. In questo modo, i risultati rilevanti per la misura vengono calcolati e possono essere forniti direttamente dal sensore. Questi risultati, come ad es. scostamenti di altezza, contorni dell’oggetto, riconoscimento della posizione o confronti di tolleranza, vengono inviati direttamente come valori misurati specifici dell’applicazione a un PLC, a un sistema di controllo superiore o ad altri attuatori. Non è necessario alcun trattamento esterno dei dati. Ciò riduce la complessità del sistema e consente una valutazione diretta sul dispositivo. Tuttavia, a causa della capacità di calcolo limitata in modalità intelligente, le prestazioni sono solitamente inferiori alla velocità di profilo teoricamente possibile. In tal caso, si consiglia la modalità “Generatore di profilo” in combinazione con una valutazione esterna come uniVision.
Generatore di profili
In modalità “Generatore di profilo”, il sensore trasmette solo il profilo 2D (dati x e z) senza eseguire un’interpretazione diretta. La valutazione avviene quindi esternamente, all’interno dell’ecosistema wenglor, ad esempio con il software di elaborazione di immagini wenglor uniVision su un controller Machine Vision o tramite un software di terze parti indipendente su un PC industriale esterno. Questa flessibilità consente di realizzare valutazioni complesse, algoritmi personalizzati o analisi specifiche per l’applicazione al di fuori del sensore, in particolare per soluzioni personalizzate o flussi di lavoro integrati in ambienti software esistenti.
Confronto delle modalità operative dei sensori di profilo 2D/3D
| Modalità di funzionamento | Risultato | Ulteriore lavorazione | Particolarità |
|---|---|---|---|
| Sensore di profilo intelligente | Valori misurati | La valutazione avviene sul sensore di profilo 2D/3D |
|
| Generatore di profili | Profili 2D | Elaborazione con software esterno |
|
|
Sensore di profilo intelligente
|
||
|---|---|---|
|
Valori misurati
|
La valutazione avviene sul sensore di profilo 2D/3D
|
|
|
Generatore di profili
|
||
|
Profili 2D
|
Elaborazione con software esterno
|
|
Interfacce in dettaglio
Cosa sono le interfacce?
Le interfacce costituiscono la base per la comunicazione tra sensori, sistemi di controllo e software. Comprendono la connessione fisica (interfacce hardware), le regole di trasmissione (protocolli) e le funzioni software (interfacce software) che garantiscono un’integrazione affidabile e flessibile nei sistemi industriali.
1. Interfacce hardware: il livello di connessione fisica
Le interfacce hardware creano il collegamento fisico di base tra il sensore di profilo 2D/3D, il sistema di controllo, la rete e il software. Definiscono i tipi di collegamenti elettrici e meccanici attraverso i quali vengono trasmessi dati e comandi di controllo. Queste interfacce fisiche, come i cavi Ethernet, i connettori M12 o gli I/O digitali, forniscono il percorso di trasmissione necessario per una comunicazione affidabile.
2. Protocolli – il livello logico di comunicazione
I protocolli definiscono le regole e le procedure in base alle quali i dati vengono trasferiti tramite le interfacce hardware. Fungono da “lingua” comune per la comunicazione e garantiscono che emettitore e ricevitore possano interpretare correttamente i dati. I protocolli stabiliscono, tra l’altro, come vengono creati, indirizzati, inviati e ricevuti i pacchetti di dati. A seconda delle esigenze di velocità, affidabilità e capacità in tempo reale, vengono utilizzati diversi tipi di trasmissione.
3. Interfacce software – il livello applicativo
Le interfacce software consentono il controllo, la configurazione e la valutazione dei dati dei sensori tramite sistemi di livello superiore o applicazioni individuali. Definiscono i punti di accesso logici e i metodi di comunicazione attraverso i quali le soluzioni software possono accedere ai dati dei sensori o utilizzare le funzioni dei sensori. Ciò include API, servizi web, protocolli di configurazione e interfacce standardizzate che consentono un’integrazione flessibile in diversi ambienti software. Le interfacce software astraggono la complessità della comunicazione dei dati, facilitandone l’integrazione in sistemi e soluzioni software personalizzati.
Quali interfacce hanno i sensori di profilo 2D/3D?
Interfacce hardware
- I/O digitali (ingresso/uscita digitale, ingressi encoder)
- Ethernet
Protocollo
- TCP/IP
- UDP/IP
- GigE Vision
Interfacce software
- GigE Vision/API GenICam
- wenglor uniVision
- Software Development Kit (SDK)
Esempio di interazione dei tre livelli di interfaccia
Interfacce hardware dei sensori di profilo 2D/3D
Interfacce I/O digitali
Gli ingressi e le uscite digitali consentono il controllo diretto e la sincronizzazione dei sensori di profilo 2D/3D nei processi industriali.
L’ingresso digitale consente di attivare misurazioni in modo temporale preciso tramite segnali di controllo esterni. Ciò è particolarmente importante per i processi basati su nastro o temporizzati. Ad esempio, la misurazione può iniziare non appena un prodotto raggiunge una determinata posizione sul nastro trasportatore e il sensore riceve un segnale corrispondente.
Il vantaggio di un encoder è che tiene conto automaticamente della velocità degli oggetti in movimento e regola di conseguenza l’acquisizione dell’immagine. In questo modo si creano profili di altezza uniformi e precisi anche in caso di movimenti oscillanti. Al contrario, un trigger fisso attiva l’acquisizione dell’immagine a un momento costante, indipendentemente dalla velocità dell’oggetto. Ciò può causare imprecisioni.
Esempio di applicazione con e senza encoder
Esempio di applicazione con encoder
Con l’encoder, invece, la geometria del profilo rimane corretta anche in caso di variazioni della velocità del nastro.
Interfaccia Ethernet
L’interfaccia Ethernet (ad es. tramite RJ45, Gigabit Ethernet) costituisce la base per la comunicazione tra il sensore e il sistema esterno, che consente di trasmettere grandi quantità di dati dei profili altimetrici e di configurare, visualizzare, controllare e sincronizzare il sensore. A seconda della modalità di funzionamento e del protocollo, è possibile trasferire profili o risultati già valutati.
Vantaggi della connessione basata su Ethernet
Elevate velocità di trasmissione dei dati per una rapida trasmissione dei profili
Compatibilità con protocolli standard come TCP/IP, UDP, GigE Vision, GenICam e PROFINET
Facile integrazione nelle infrastrutture di rete esistenti
Panoramica dei protocolli e delle interfacce software
I sensori di profilo 2D/3D sono disponibili nelle modalità operative “Sensore di profilo intelligente” e “Generatore di profilo”. A seconda della modalità di funzionamento selezionata, è possibile selezionare l’interfaccia di comunicazione appropriata. In questo modo, le soluzioni con sensori possono essere adattate in modo mirato ai concetti di controllo, ai flussi di dati e alle esigenze in tempo reale della rispettiva applicazione.
Sensore di profilo intelligente
Generatore di profili
Riconoscimento completo dei profili con VisionApp 360
Con l’ausilio del software VisionApp 360 è possibile combinare più sensori di profilo 2D/3D in modo da ottenere un profilo di altezza 2D comune da singole misurazioni. A tal fine, i sensori vengono allineati e calibrati l’uno rispetto all’altro nello spazio, in modo che i loro sistemi di coordinate individuali vengano convertiti in un sistema di coordinate unificato e sovraordinato. Nella fase successiva, i singoli profili rilevati dai sensori vengono uniti in un profilo complessivo coerente. che sarà quindi disponibile per ulteriori fasi di elaborazione.
Interfacce tipiche e il loro utilizzo a seconda della modalità di funzionamento
| Interfaccia / protocollo | Sensore di profilo intelligente | Generatore di profili | Dati trasmessi |
|---|---|---|---|
| I/O digitali |  |
|
Trigger / risultati |
| TCP/IP | |
|
Dati profilo / risultati |
| GigE Vision |  |
|
Dati del profilo |
| GenICam | |
|
Dati profilo, controllo |
| SDK | |
|
Dati profilo, controllo |
Interfacce standard per la massima compatibilità
Integrazione indipendente dal produttore
Compatibilità software
Tutela degli investimenti
La compatibilità con le librerie di elaborazione delle immagini e i componenti hardware consolidati garantisce l’utilizzo a lungo termine dei sistemi esistenti.
Sicurezza per il futuro
Massimo controllo con SDK specifici del produttore
Prestazioni ottimali grazie alla connessione nativa
Integrazione individuale nel proprio ambiente software
Sviluppo rapido con codice di esempio e strumenti
A confronto: Interfacce standard vs SDK/API specifici del produttore
| Caratteristica | Interfacce standardizzate | SDK/API specifico del produttore |
|---|---|---|
| Compatibilità | Alta (indipendente dal dispositivo, produttore) | Utilizzabile solo con dispositivi dello stesso produttore |
| Costi di integrazione | Bassi – grazie alla standardizzazione | Superiori, richiede conoscenza dell’architettura specifica del produttore |
| Flessibilità / gamma di funzioni | Limitata alle funzioni standardizzate* | Molto alta – accesso a funzioni e settaggi avanzati |
| A prova di futuro / Manutenzione | Buona disponibilità a lungo termine grazie alla standardizzazione | A seconda del supporto del produttore e della manutenzione del software |
* Anche all’interno di interfacce standardizzate è possibile integrare funzioni specifiche per l’applicazione. Ciò consente l’implementazione di personalizzazioni senza compromettere la compatibilità con sistemi o protocolli esistenti.
Quando si devono scegliere interfacce standard o SDK/API specifici del produttore?
- Le interfacce standard sono ideali per una semplice integrazione, un’alta compatibilità e il collegamento a soluzioni software esistenti di terze parti.
- Il SDK è la scelta giusta quando è necessaria la massima controllo, personalizzazione o funzioni speciali, come ad esempio il controllo diretto dei sensori o lo sviluppo di soluzioni software proprie.
