2D/3D profil sensörü nedir?
2D/3D profil sensörleri iki farklı performans sınıfında mevcuttur:
wenglor neredeyse her uygulama için uygun bir çözüm sunar: 360 derecelik kesintisiz ölçümden kaynak dikişi takibi ve tespitine ve yüzeylerin mikrometre hassasiyetinde incelenmesine kadar. Çok yönlü portföy, farklı ölçüm aralıklarına, farklı lazer güçlerine ve farklı lazer dalga boylarına sahip sensörler içerir.
2D/3D profil sensörü MLZL
2D/3D profil sensörleri paslanmaz çelik
Bükme makinaları için 2D/3D profil sensörleri
Triangülasyon prensibi
2D yükseklik profili oluşturma
2D/3D profil sensörü, her ölçümde kesit profili olarak da adlandırılan 2D bir yükseklik profili oluşturur. Bu, objenin hareket yönüne çapraz olarak yan yana bir çizgi olarak düzenlenmiş çok sayıda ölçüm noktasından oluşur. Bu noktaların her biri, x ve z ekseni boyunca sensör ile obje yüzeyi arasındaki tam mesafeyi tanımlar. Her yükseklik değeri bir yoğunluk değeri ile tamamlanır. Bu, örneğin değişen renklerde, kontrastlarda, parlaklık derecelerinde veya şeffaf malzemelerde ışık yansımasının şiddeti ve malzeme veya yüzey özellikleri hakkında bilgi verir.
2D/3D profil sensörlerinde kör nokta var mı?
2D yükseklik profilinden 3D nokta bulutuna
2D/3D profil sensörünün koordinat sistemi
Sensörün koordinat sistemi, sensörün görüş alanına uyarlanmıştır. Bu sırada sıfır noktası doğrudan gövdenin dışındaki lazer çıkışındadır. Bu sayede ölçülen değerler algılanan objenin gerçek konumuna tam olarak karşılık gelir.
Eksenlere toplu bakış
x ekseni (genişlik)
y ekseni (besleme yönü)
z ekseni (yükseklik / mesafe)
2D/3D profil sensörünün doğru hizalanması
Doğru ölçüm sonuçları elde etmek için lazer çizgisi ölçüm yüzeyine mümkün olduğunca dik hizalanmalıdır. Sensör ile obje yüzeyi arasında 90 derecelik bir açı en iyi sonuçları verir. Bu konumda lazer ışığı objeye en iyi şekilde çarpar ve yansıtılan çizgi kamera tarafından eşit bir şekilde algılanabilir.
Doğru hizalama
Sensörün eğilmesi
Yüzeyin yansıma davranışı önemli bir rol oynar.
- Doğrudan, yönlendirilmiş yansıma, metal, cam veya kaplamalı yüzeyler gibi pürüzsüz veya parlak malzemelerde meydana gelir. Burada ışık bir aynada olduğu gibi odaklanarak yansıtılır. Bu gibi durumlarda, kamera görüş alanındaki yansımaları saptırmak ve kamera çipinin aşırı maruz kalmasını önlemek için sensörün hafifçe eğilmesi faydalı olabilir. Bu durumda açının hassas bir şekilde ayarlanması çok önemlidir.
- Dağınık yansıma mat, pürüzlü veya yapılı yüzeylerde oluşur. Bu, ışığın birçok yöne eşit şekilde dağılmasını sağlar ve genellikle daha kararlı bir sinyal algılaması sağlar. Ancak yanlış hizalama ve pürüzlü yüzeyli malzemeler yoğunluk dağılımını veya ölçüm hassasiyetini etkileyebilir.
Eşit sinyal dağılımı ve optimum profil kalitesi için eğilme mümkün olduğunca önlenmelidir. Geniş dinamik aralığı sayesinde 2D/3D profil sensörleri, hafif devrilmelerde bile güvenilir ölçüm değerleri sunmaya devam eder.
Gölgelenme
Gölgelenme nasıl önlenir?
Kenarlar, dik basamaklar ve girintiler nedeniyle gölge oluşmasını önleyin
Bir obje, kenarlar, dik basamaklar veya dikey yüzeyler doğrudan sensörün görüş alanına girecek şekilde konumlandırılırsa, bu alanlar muhtemelen kontrol edilecek diğer özellikleri engelleyebilir. Objenin hafifçe döndürülmesi veya eğilmesi, sensörle ilgili tüm yüzeylerin görünür kalmasını ve önemli ölçüm verilerinin gizlenmemesini sağlar.
Derin girintili parçalarda da objenin arka bölgesinde kontrol edilecek özelliklerde gölgeler oluşabilir. Bu nedenle obje yerleştirilirken tüm önemli yüzeylerin sensörün görüş alanında olmasına dikkat edilmelidir.
Bir 2D/3D profil sensörünün ana bileşenlerine genel bakış
Lazer modülünün performansı büyük ölçüde lazer dalga boyu ve lazer sınıfı tarafından belirlenir.
Lazer dalga boyu
Lazer sınıfı
2D/3D profil sensörünün bir diğer önemli bileşeni entegre kamera'dır. Yansıyan lazer çizgisini en yüksek hassasiyetle algılar. Kamera, yüksek kaliteli bir objektif ve ışık bilgilerini piksel hassasiyetinde algılayan ve dijital ölçüm verilerine dönüştüren güçlü bir kamera çipinden oluşur. Kameranın çözünürlüğü, yani profil satırı başına görüntü noktası sayısı, ayrıntı hassasiyetini belirler. Çözünürlük ne kadar yüksekse, konturlar, kenarlar ve yüzey özellikleri o kadar ince görüntülenebilir.
Değerlendirme ünitesi 2D/3D profil sensörünün hesaplama merkezini oluşturur. Burada kamera tarafından kaydedilen ham veriler dijital ölçüm verilerine dönüştürülür. Görüntü yakalama, değerlendirme ve arayüz iletişiminin bir araya gelmesi, hat içi ölçüm sistemlerinin performansı için kritik öneme sahiptir.
Maksimum esneklik için 2D/3D profil sensörleri, farklı gereksinimler için tasarlanmış ve böylece çok yönlü uygulamalara olanak sağlayan iki seçilebilir çalışma modlarına sahiptir. Her iki çalışma modu da aynı güçlü donanım platformuna erişir. Entegre işlemciler ve stabil hesaplama mimarisi sayesinde yüksek profil oranları ve büyük veri miktarları da güvenilir bir şekilde işlenebilir ve aktarılabilir.
Çalışma modu: Akıllı profil sensörü
Çalışma modu: Profil oluşturucu
Çok sayıda arayüz sayesinde esneklik
Çeşitli üretim ortamlarına sorunsuz entegrasyon için çalışma moduna bağlı olarak farklı arayüzler mevcuttur.
“Akıllı profil sensörü” modundaki arayüzler
“Profil oluşturucu” modundaki arayüzler
Ana bileşenler ayrıntılı olarak açıklanmıştır: Daha fazla bilgi!
2D/3D profil sensörlerinin uygulama olanakları
Parça ölçümü
Yükseklik kontrolü
Çap kontrolü
Yuvarlaklık kontrolü
Kalınlık ölçümü
Konumlandırma
Kaynak dikiş takip
Kaynak dikiş kontrol
Aralık ölçüsü kontrolü
Hacim ölçümü
Açı ölçümü
2D/3D profil sensörlerinin kullanıldığı sektörler ve endüstriler
Lazer modülü ayrıntıları
Sabit lazer hattı
Sensör gövdesine sabit şekilde entegre edilmiş olan lazer, mekanik olarak tam olarak sabitlenmiştir ve hassas bir şekilde hizalanmıştır. Bu sayede lazer hattının projeksiyonu tüm kullanım ömrü boyunca sabit kalır. Yanlış hizalama veya yeniden ayarlama gibi ayrı ışık kaynaklarında ortaya çıkabilecek olası hata kaynakları ortadan kaldırılır.
Yüksek hassasiyet
Lazerin optik ekseni, kamera optiğine ve algılama açısına tam olarak uyarlanmıştır. Bu etkileşim, tam bir triangülasyon ve tüm ölçüm genişliği boyunca hassas aydınlatma sağlar. Bu sayede 2D profillerin ve 3D nokta bulutlarının güvenilir ve yüksek çözünürlüklü bir şekilde yakalanması sağlanır.
Ortak gövde entegrasyonu sayesinde yüksek IP koruması
Lazer, diğer tüm temel bileşenlerle birlikte ortak, tamamen kapsüllenmiş bir gövde şekline yerleştirildiğinden sensör yüksek koruma sınıflarını (IP67 veya IP69K) karşılar. Bu, zorlu endüstriyel ortamlarda güvenilir çalışma sağlar ve hassas bileşenler için ek koruma önlemlerine gerek kalmaz.
Harici aydınlatmadan bağımsız
Lazer gerekli ışığı üretir, böylece ek aydınlatmaya gerek kalmaz. Bu sayede kablolama zahmetini, üstyapının karmaşıklığını ve harici ışık veya değişken aydınlatma koşullarından kaynaklanan potansiyel hata kaynaklarını azaltır.
Bir lazer noktası nasıl lazer çizgisine dönüşür?
Silindirik lensler ve Powell lensleri nasıl çalışır?
Silindirik lensleri
Powell lensleri
Normal ışık ile lazer ışığı arasındaki fark nedir?
Normal ışık
Lazer ışığı
2D/3D profil sensörlerinin ışık türleri
Neden farklı lazer dalga boyları vardır?
Doğru lazer dalga boyunun seçilmesi, 2D/3D profil sensörünün ölçüm kalitesi ve farklı yüzeylere, malzemelere ve uygulamalara uyarlanabilirliği için çok önemlidir. Burada malzemeye nüfuz etme derinliği ve kamera çipinin hassasiyeti önemli bir rol oynar.
Malzemeye nüfuz etme derinliği
Dalga boyu, lazer ışığının saçılmadan veya yansıtılmadan önce malzemeye ne kadar derin girdiğini etkiler. 405 nm'lik kısa dalgalı mavi ışık yüzeyde daha güçlü kalır ve yapıştırıcı, kauçuk veya plastik gibi şeffaf, yarı geçirgen veya organik malzemelerde özellikle hassas sonuçlar sağlar. 660 nm kırmızı ışık veya 785–850 nm kızılötesi ışık gibi daha uzun dalga boyları daha derine nüfuz eder ve koyu, dağınık veya metalik yüzeyler için daha uygundur.
Kamera çipinin hassasiyeti
Görüntü sensörleri olarak da adlandırılan kamera çipleri, yapıya göre belirli dalga boylarına karşı farklı bir hassasiyete sahiptir. Lazer dalga boyu kamera çipinin hassasiyet eğrisine en uygun şekilde ayarlandığında sinyal gücü belirgin şekilde iyileşir. Bu sayede aynı lazer gücünde daha kısa pozlama süreleri kullanılabilir, bu da daha yüksek ölçüm hassasiyeti ve daha düşük ölçüm belirsizlikleri sağlar.
Grafikte, 400 ile 1.000 nm arasında bir 2D/3D profil sensörünün normalleştirilmiş spektral eğrisi gösterilmektedir.
Bant geçiren filtre: Stabil ölçüm sonuçları için hedefe yönelik ışık filtreleme
Bant geçiren filtreler, kullanılan lazerin dalga boyuna tam olarak uyarlanmış optik filtrelerdir. Yalnızca bu dar spektral aralıkta ışık geçirirler. Ortam ışığı, harici aydınlatma veya farklı dalga boyundaki lazer ışınları gibi diğer tüm ışık bileşenleri güvenilir bir şekilde gizlenir. Bu, ölçüm kararlılığını önemli ölçüde iyileştirir ve güçlü değişen ışık koşullarında veya aydınlık endüstriyel ortamlarda bile kararlı kenar algılaması ve profil konturunun hassas bir şekilde algılanmasını sağlar. İlave bir blendaj veya ışık kontrolüne gerek yoktur. Bant geçiren filtreler doğrudan kameranın optik sistemine entegre edilmiştir.
Birden fazla sensör paralel çalıştırıldığında parazitleri önleme
Modern ölçüm sistemlerinde genellikle farklı lazer renkleriyle çalışan birden fazla 2D/3D profil sensörü kullanılır. Sensörlerin karşılıklı parazitlenmesini önlemek için bant geçiren filtreler kullanılır. Kırmızı lazerli 2D/3D profil sensörleri, sadece bu ışığı geçiren bir kırmızı bant geçiren filtreye sahiptir. Mavi lazerli sensörler ise sadece mavi lazer ışığını geçiren mavi bir bant geçiren filtreye sahiptir. Bu filtreler, diğer sensör renginin lazer ışınlarını bloke ederek sinyallerin kesişmesini veya bozulmasını önler.
Ölçüm objesi renginin lazer seçimine etkisi nedir?
Uygun lazer dalga boyunun seçimi sadece sensörün optik özelliklerine değil, aynı zamanda ölçülecek objenin yansıma davranışına da bağlıdır. Lazer ışığı ve malzeme yüzeyi arasındaki spektral etkileşim, profil kalitesini, pozlama süresini ve sinyal gücünü doğrudan etkiler.
Rengin yanı sıra malzemenin yüzeyi de önemlidir. Parlak, mat veya dağınık yansıtıcı malzemeler parlak, koyu veya şeffaf objelerden farklı davranır. Lazer rengi ve obje malzemesi uyarlanarak 2D/3D profil sensörünün performansı önemli ölçüde optimize edilebilir. Bu sayede kauçuk, cam, parlak metaller veya organik maddeler gibi zorlu yüzeyler bile güvenli ve hassas bir şekilde algılanabilir.
Kırmızı lazer ışığının farklı renkli objelere yansıma davranışı
Kırmızı obje
Mavi obje
Siyah obje
Mavi lazer ışığının farklı renkli objelere yansıma davranışı
Kırmızı obje
Mavi lazerin yansıması zayıf, geri bildirim zayıf
Mavi obje
Mavi lazerin iyi yansıması, geri bildirim sinyali çok güçlü
Siyah obje
Mavi lazer ışığının büyük bir kısmı emilir, geri bildirim sinyali orta düzeydedir
2D/3D profil sensörlerinin uygun lazer sınıfının seçilmesi
2D/3D profil sensörlerinde optimum ölçüm performansı elde etmek için, özellikle yüzey özellikleri, çalışma mesafesi, ölçüm hızı ve ortam ışığı açısından doğru lazer sınıfının seçilmesi çok önemlidir. wenglor'un 2D/3D profil sensörleri farklı lazer sınıflarında mevcuttur ve bu sayede farklı uygulama durumlarına hassas ve güvenli bir şekilde uyarlanmasını sağlar.
2D/3D profil sensörlerinin lazer sınıfları
2D/3D profil sensörlerinde prensip olarak şu geçerlidir: Lazer gücü ne kadar yüksekse lazer sınıfı da o kadar yüksektir. Bu daha büyük bir risk teşkil eder ve uygun koruyucu önlemler gerektirir. Lazerlerin sınıflandırılması DIN EN 60825-1 “Lazer tertibatlarının güvenliği” uyarınca gerçekleştirilir. Tehlike potansiyeli, dalga boyu ve çıkış gücü kullanılarak değerlendirilir.
| Açıklama | Güvenlik | Uygulama | |
|---|---|---|---|
| Lazer sınıfı 2 | Lazer sınıfı 2, maksimum 1 mW gücündedir ve 400 ile 700 nm dalga boyu aralığındadır. | Gözlere kısa süreli ışın uygulandığında, doğal göz kapağı koruma refleksi devreye girdiğinden lazer ışınları zararsızdır. | Hassas yüzeyler, kısa mesafeler ve koruyucu önlemler olmadan kolay entegrasyon için idealdir. |
| Lazer sınıfı 3R | Lazer sınıfı 3R'nin gücü, 302,5 nm ile 700 µm dalga boyu aralığında 1 ila 5 mW arasındadır. | Lazer radyasyonu gözlere potansiyel olarak zararlıdır. İşletim için bir risk değerlendirmesi gereklidir. Kullanıcılar yıllık olarak bilgilendirilmeli ve bir lazer koruma görevlisi görevlendirilmelidir. Ayrıca lazer alanı uygun şekilde işaretlenmeli ve erişim yetkili kişilerle sınırlandırılmalıdır. Risk değerlendirmesinin sonucuna bağlı olarak, lazer koruyucu gözlük takmak gibi ek koruyucu önlemler gerekebilir. | Daha büyük çalışma mesafeleri veya koyu renkli malzemeler için uygundur. |
| Lazer sınıfı 3B | 3B sınıfı lazerler 5 ila 500 mW arasında bir güce sahiptir ve 302,5 nm ila 1 µm dalga boyu aralığında çalışır. | Lazer radyasyonu gözler ve muhtemelen cilt için de tehlikelidir. İşletim için bir risk değerlendirmesi zorunludur. Ayrıca kullanıcılar yılda bir kez bilgilendirilmeli, bir lazer koruma görevlisi görevlendirilmeli, lazer alanı işaretlenmeli ve erişim yetkili kişilerle sınırlandırılmalıdır. Risk değerlendirmesinin sonucu, lazer koruyucu gözlük takmak gibi diğer koruyucu önlemleri belirler. | Zorlu yüzeylere veya yüksek ortam parlaklığına sahip özellikle zorlu ortamlar için. |
Daha yüksek lazer sınıfları için güvenlik özellikleri
wenglor, 3R ve 3B lazer sınıflarının endüstriyel uygulamaları için MLSL2xxS40 serisi yüksek performanslı 2D/3D profil sensörleri sunar. Bu sensörler, önceden tanımlanmış güvenlikle ilgili koşullar yerine getirildiğinde lazer ışınını devre dışı bırakan entegre bir güvenli lazer kapatma özelliğine sahiptir. Sensör bu sırada çalışmaya devam eder. Teknoloji, EN ISO 13849-1:2016 güvenlik standardının gerekliliklerini karşılar ve endüstriyel ortamda maksimum güvenlik sağlar. wenglor'un uygun güvenlik teknolojisi ile birlikte makineleriniz ve sistemleriniz için bütünsel güvenlik çözümleri oluşturulur.
Entegre kamera ayrıntıları
Kamera çipi
Kamera çipi, gelen ışığı elektrik sinyallerine dönüştürür ve ardından dijital görüntü bilgileri oluşturulur. Çipin boyutu ve çözünürlüğü, ölçümlerin ayrıntı ve hassasiyetini etkiler.
Objektif
Objektif ışığı odaklar ve kamera çipine odaklar. Burada objektifin odak uzaklığı, görüntü kesitini ve netlik derinliğini önemli ölçüde etkiler.
Optik ünite ve görüntü çipi – Ölçüm aralığı ve hassasiyeti üzerindeki etkisi
Optik ünite ve görüntü çipinin kombinasyonu, sensörün hassasiyeti ve ölçüm aralığı için belirleyicidir. Odak uzaklığı, sensör boyutu ve çözünürlük arasındaki etkileşime bağlı olarak 2D/3D profil sensörü daha küçük ayrıntıları algılayabilir veya daha büyük alanları kapsayabilir. Her iki bileşen de sensörün hassasiyeti ve ölçüm aralığı için çok önemlidir.
Sensör gövdesine mekanik bağlantı ve lazer modülüne tam hizalama sayesinde, ek ayarlama gerektirmeden güvenilir bir görüntü kaydı sağlanır.
Sensörün görüş alanı
Yansıtılan lazer çizgisinin CMOS sensörüne (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) yansıtıldığı konum doğrudan obje mesafesine bağlıdır. Mesafe arttıkça, CMOS çipindeki (1) lazer çizgisinin konumu dikey olarak değişir, bu sayede yükseklik bilgisi alınabilir.
2D/3D profil sensörlerinin farklı ölçüm aralıkları mekanik tasarımdan, triangülasyon açısından ve monte edilen optik üniteden kaynaklanır. Kullanılan mercek sistemleri, odak uzaklıkları üzerinden sensörün görüş alanını belirler. Sensör, triangülasyon ölçüm prensibi sayesinde trapez şeklindedir.
Ölçüm aralığı (2) başlangıç (3), orta (4) ve bitiş (5) olmak üzere üç bölgeye ayrılır. Yanal çözünürlük (x) derinlik (z) boyunca değişir.
Ölçüm aralığının başında, görüş alanının daha düşük optik genişlemesi nedeniyle x çözünürlüğü en yüksektir. Sonunda, CMOS sensöründe sabit piksel sayısında objenin daha büyük alanları görüntülendiğinden azalır. Sonuç olarak, veri sayfasında aralık değeri olarak belirtilen değişken bir lateral çözünürlük elde edilir.
Kamera görünümü
Kamera görünümü
Satırlı (x) ve sütunlu (y) CMOS ızgaralı kamera görüntüsü
2D/3D Profil Sensörünün Çözünürlüğü Nedir?
2D/3D profil sensörünün çözünürlüğü, entegre CMOS sensörünün görüş alanı ve piksel sayısı ile belirlenir.
- Sensörün x çözünürlük değeri, görüntü çipindeki yatay piksel sayısından, yani satır başına çözünürlükten elde edilir.
- Sensörün z çözünürlük değeri, görüntü çipindeki dikey piksel sayısından, yani sütun başına çözünürlükten elde edilir.
- Sensörün y çözünürlük değeri, uzunluk birimi başına profil sayısını belirtir. Doğrudan görüntü çipine değil, 2D/3D profil sensörü ile obje arasındaki göreceli harekete ve sensörün ölçüm frekansına bağlıdır. Sabit hareket hızında daha yüksek bir ölçüm frekansı, hareket yönü boyunca daha yoğun bir profil kaydına ve dolayısıyla daha iyi bir y çözünürlüğüne neden olur.
Alt piksel teknolojisi sayesinde daha fazla hassasiyet
Görüş alanının çözünürlük üzerindeki etkisi nedir?
Geniş görüş alanı
Küçük görüş alanı
Kamera görüntüsü ve pikseller 2D yükseklik profiline nasıl dönüşür?
Satırlı (x) ve sütunlu (y) CMOS ızgaralı kamera görüntüsü
2D Yükseklik profili
Pikselden milimetreye
CMOS sensörü tarafından algılanan piksellerin hassas metrik koordinatlara dönüştürülmesi için her 2D/3D profil sensörü fabrikada lineerize edilir. Bu yöntemde sensör yüksek hassasiyetli bir lineerizasyon tablasına monte edilir ve kalibre edilmiş bir referans objeye tam olarak hizalanır. Lineerizasyon tüm ölçüm aralığı boyunca gerçekleşir ve gerçekte algılanan piksel koordinatları ile metrik veriler arasındaki sapmayı milimetre cinsinden belirler.
Ortaya çıkan düzeltme verileri, lineerizasyon matrisi olarak kalıcı olarak sensöre kaydedilir. Bu telafi, mutlak yükseklik ve konum değerlerinin milimetre cinsinden güvenilir bir şekilde verilmesini sağlar ve herhangi bir sensörün ek kalibrasyon gerektirmeden zorlu endüstriyel ortamlarda doğrudan kullanılabilmesini sağlar.
2D/3D profil sensörlerinde çözünürlük ve hassasiyet
Çözünürlük
Çözünürlük, bir sensörün belirgin şekilde algılayabildiği ve ölçülen değer olarak ayırt edebildiği en küçük fiziksel farkı tanımlar. Bu sayede ölçüm sinyalindeki değişikliklerin algılanacağı minimum örnekleme büyüklüğünü belirler.
Hassasiyet
Ancak ölçüm hassasiyeti sadece çözünürlük tarafından belirlenmez. Ayrıca ölçüm objesinin optik ve fiziksel özellikleri, yansıma davranışı, dış ışığın etkisi, sıcaklık dalgalanmaları, mekanik titreşimler, sabitleme türü ve kullanılan değerlendirme algoritmaları gibi çeşitli harici etki faktörlerine de bağlıdır. Hassasiyet, hassasiyetin (aynı koşullarda tekrarlanabilirlik) ve doğruluğun (ölçülen değerin gerçek referans değerden sapması) birleşiminden elde edilir ve böylece sensörün gerçek objeyi ne kadar güvenilir ve doğru şekilde görüntülediğini tanımlar.
Görüntü yakalama optimizasyonu parametreleri
İlgi alanı, değerlendirme veya ölçüm için görüş alanının hangi bölümünün kullanılacağını belirler.
Framerate
2D/3D profil sensöründeki CMOS kamera, ulaşılabilir ölçüm hızı için belirleyicidir. Framerate, kameranın saniyede kaç kare çekebileceğini belirtir. Saniyede kare (fps) veya Hertz (Hz) cinsinden gösterilir.
Yakalanan her görüntü tam bir yükseklik profili olduğundan, kameranın kare hızı saniyedeki ölçüm profili sayısına karşılık gelir. Yüksek bir çerçeve hızı buna uygun olarak yüksek bir profil frekansı sağlar.
| CMOS kamera | 2D/3D profil sensörü |
|---|---|
| Saniye başına kare (fps) | Saniye başına profil (Hz) |
| 500 fps | Saniyede 500 profil veya 500 Hz |
İlgi alanı (ROI)
ROI'nin azaltılması optik çözünürlüğü değiştirmez, sadece okunacak piksel satırlarının veya sütunlarının sayısını en aza indirir. Bu, daha az görüntü verilerinin işlenmesi gerektiğinden ölçüm frekansında önemli bir artışa yol açar. ROI'nin uygulamayla ilgili nesne alanlarına hedefe yönelik olarak kesilmesi, maksimum proses hızında optimize edilmiş bir veri toplamaya olanak sağlar. Bu bağlamda: Mümkün olduğunca küçük, gerektiği kadar büyük.
Animasyonda tüm sensör görüş alanı mavi bir çerçeve ile işaretlenmiştir. Yeşil çerçeve ROI'yi, yani görüntünün sınırlı alanını gösterir. Özellikle küçük objelerde, daha iyi bir ölçüm frekansı elde etmek için görüş alanının sınırlandırılması mantıklıdır.
Subsampling
Şekil 1: Subsampling olmadan
Şekil 2: Subsampling ile
Maksimum performans için ROI ile birleşik
En yüksek ölçüm hızı, subsampling ile görüş alanının hedefe yönelik olarak sınırlandırılmasıyla elde edilir. ROI'nin entegre kameranın hem x hem de z yönünde ilgili bir kısmi alanı ile sınırlandırılmasıyla, sadece tanımlanan ölçüm aralığının pikselleri yakalanır ve işlenir.
ROI ve subsampling kombinasyonu düşük veri miktarıyla çok yüksek profil oranları sağlar. Bu, özellikle hız ve verimliliğin kritik olduğu zamana duyarlı uygulamalar için avantajlıdır.
Region of Interest ve Subsampling ayarlarının karşılaştırılması
| Mod | Okunan piksel sayısı | Ölçüm aralığı | Çözünürlük | Ölçüm hızı | Uygulama senaryosu |
|---|---|---|---|---|---|
| Tam ekran görüntü | Tüm pikseller (tam ROI) | Kapsamlı aralık | Maksimum çözünürlük | Düşük ila Orta | Tüm görüntü bilgilerinin gerekli olduğu hassas ölçümler |
| ROI | Alt aralık (tanımlı) | Azaltılmış | Aktif aralıkta değişmemiş | Orta ila Yüksek | İlgili obje alanlarına odaklanan ölçüm |
| Subsampling | Yalnızca her n. piksel | Kapsamlı aralık | Düşürülmüş çözünürlük | Yüksek | Kaba ölçüm, hızlı yönlendirme, ön kontrol |
| ROI + Subsampling | Az sayıda piksel seçilmesi | Azaltılmış | ROI için düşürülmüş çözünürlük | Çok yüksek | Net olarak tanımlanmış hedef alana sahip yüksek dinamik uygulamalar |
Değerlendirme ünitesi ayrıntıları
2D/3D profil sensörünün değerlendirme ünitesi profilleri optimize edilmiş bir sinyal işleme zinciri boyunca işler. Lazer çizgisi CMOS görüntü çipi tarafından algılandıktan ve FPGA'da gerçek zamanlı profil hesaplaması ve kalibrasyonu yapıldıktan sonra CPU merkezi profil değerlendirmesini üstlenir. Bu, “Akıllı Profil Sensörü” veya “Profil Oluşturucu” çalışma modları ile yapılabilir.
Akıllı profil sensörü
Akıllı modda tüm değerlendirme doğrudan 2D/3D profil sensöründe gerçekleştirilir. Machine Vision yazılımı sensör üzerinde çalışır ve kaydedilen profil verilerini işler. Böylece ölçümle ilgili sonuçlar hesaplanır ve doğrudan sensör tarafından sağlanabilir. Yükseklik sapmaları, obje konturları, konum algılama veya tolerans karşılaştırmaları gibi bu sonuçlar, uygulamaya özel ölçülen değerler olarak doğrudan bir PLC'ye, üst düzey bir kontrol sistemine veya diğer aktüatörlere gönderilir. İlave bir lisans gerekli değildir. Bu, sistem karmaşıklığını azaltır ve doğrudan cihaz üzerinde değerlendirme yapılmasını sağlar. Ancak akıllı moddaki sınırlı işlem kapasitesi nedeniyle performans genellikle teorik olarak mümkün olan profil oranından daha düşüktür. Bu durumda, örneğin uniVision gibi harici bir değerlendirme ile bağlantılı olarak “Profil oluşturucu” modu önerilir.
Profil Oluşturucu
“Profil Oluşturucu” modunda sensör doğrudan yorumlama yapmadan sadece 2D profili (x ve z verileri) aktarır. Değerlendirme daha sonra harici olarak, örneğin bir Machine Vision kontrol ünitesindeki wenglor uniVision görüntü işleme yazılımı veya harici bir endüstriyel bilgisayardaki bağımsız bir üçüncü taraf yazılımı ile wenglor ekosistemi içinde gerçekleştirilir. Bu esneklik, karmaşık değerlendirmelerin, özel algoritmaların veya uygulamaya özel analizlerin sensör dışında gerçekleştirilmesine olanak tanır - özellikle müşteriye özel çözümlerde veya mevcut yazılım ortamlarına entegre edilmiş iş akışlarında.
2D/3D Profil Sensörlerinin Çalışma Modları Karşılaştırması
| Çalışma modu | Sonuç | İleri işleme | Özellik |
|---|---|---|---|
| Akıllı profil sensörü | Ölçülen değerler | Değerlendirme 2D/3D profil sensöründe yapılır |
|
| Profil oluşturucu | 2D profiller | Harici yazılımla işleme |
|
|
Akıllı profil sensörü
|
||
|---|---|---|
|
Ölçülen değerler
|
Değerlendirme 2D/3D profil sensöründe yapılır
|
|
|
Profil oluşturucu
|
||
|
2D profiller
|
Harici yazılımla işleme
|
|
Arayüz ayrıntıları
Arayüzler nedir?
Arayüzler, sensörler, kontrol üniteleri ve yazılım arasındaki iletişimin temelini oluşturur. Endüstriyel sistemlere güvenilir ve esnek entegrasyon sağlayan fiziksel bağlantı (donanım arayüzleri), aktarım kuralları (protokoller) ve yazılım özelliklerini (yazılım arayüzleri) içerir.
1. Donanım arayüzleri – fiziksel bağlantı düzeyi
Donanım arayüzleri, 2D/3D profil sensörü, kumanda, ağ ve yazılım arasındaki temel fiziksel bağlantıyı oluşturur. Verilerin ve kontrol komutlarının aktarıldığı elektriksel ve mekanik bağlantı türlerini tanımlar. Ethernet kabloları, M12 konektörleri veya dijital I/O gibi bu fiziksel arayüzler, güvenilir iletişim için gerekli iletişim yolunu sağlar.
2. Protokoller – mantıksal iletişim düzeyi
Protokoller verilerin donanım arayüzleri üzerinden aktarıldığı kuralları ve prosedürleri tanımlar. İletişim için ortak bir “dil” görevi görürler ve vericinin ve alıcının verileri doğru yorumlayabilmesini sağlarlar. Protokol, diğerlerinin yanı sıra veri paketlerinin nasıl oluşturulacağını, adresleneceğini, gönderileceğini ve alınacağını belirler. Hız, güvenilirlik ve gerçek zamanlı özellik gereksinimlerine bağlı olarak farklı aktarım türleri kullanılır.
3. Yazılım arayüzleri – Uygulama düzeyi
Yazılım arayüzleri, sensör verilerinin üst düzey sistemler veya bireysel uygulamalar tarafından kontrol edilmesini, yapılandırılmasını ve değerlendirilmesini sağlar. Yazılım çözümlerinin sensör verilerine erişebileceği veya sensör işlevselliğinden yararlanabileceği mantıksal erişim noktalarını ve iletişim yöntemlerini tanımlar. Bunlar arasında API'ler, web hizmetleri, yapılandırma protokolleri ve çeşitli yazılım ortamlarına esnek entegrasyon sağlayan standartlaştırılmış arayüzler yer alır. Yazılım arayüzleri, veri iletişiminin karmaşıklığını soyutlayarak özel sistemlere ve yazılım çözümlerine entegrasyonu kolaylaştırır.
2D/3D profil sensörlerinin hangi arayüzleri vardır?
Yazılım ve arayüzler
- Dijital I/O (Digital Input/Output, kodlayıcı girişleri)
- Ethernet
Protokoller
- TCP/IP
- UDP/IP
- GigE Vision
Yazılım ve arayüzler
- GigE Vision / GenICam API
- wenglor uniVision
- Software Development Kit (Yazılım Geliştirme Kiti) (SDK)
Üç arayüz düzeyinin örnek etkileşimi
2D/3D profil sensörlerinin donanım arayüzleri
Dijital I/O arayüzleri
Dijital girişler ve çıkışlar, endüstriyel proseslerde 2D/3D profil sensörlerinin doğrudan kumanda edilmesine ve senkronizasyonuna olanak sağlar.
Dijital giriş, dış kontrol sinyalleri aracılığıyla ölçümlerin zamanında ve kesin bir şekilde tetiklenmesini sağlar. Bu, özellikle bant bazlı veya zamanlı prosesler için önemlidir. Örneğin, bir ürün konveyör bandında belirli bir konuma ulaştığında ve sensör bir sinyal aldığında ölçüm başlayabilir.
Bir kodlayıcının avantajı, hareketli objelerin hızını otomatik olarak dikkate alması ve görüntü kaydını buna göre ayarlamasıdır. Bu sayede, değişken hareketlerde bile eşit ve hassas yükseklik profilleri elde edilir. Buna karşın, sabit bir tetikleme objenin hızından bağımsız olarak görüntü kaydını sabit bir zamanda tetikler. Bu da belirsizliklere yol açabilir.
Kodlayıcılı ve kodlayıcısız uygulama örnekleri
Kodlayıcılı uygulama örneği
Ethernet arayüzü
Ethernet arayüzü (ör. RJ45, Gigabit Ethernet üzerinden) sensör ile harici sistem arasındaki iletişimin temelini oluşturur. Bunlar üzerinden hem yükseklik profillerinin büyük veri miktarları aktarılır hem de sensör yapılandırılır, görselleştirilir, kumanda edilir ve senkronize edilir. Çalışma moduna ve protokole bağlı olarak, profiller veya önceden değerlendirilmiş sonuçlar aktarılabilir.
Ethernet tabanlı bağlantının avantajları
Hızlı profil aktarımı için yüksek veri hızları
TCP/IP, UDP, GigE Vision, GenICam ve PROFINET gibi standart protokollerle uyumludur
Mevcut ağ altyapılarına kolay entegrasyon
Protokol ve yazılım arayüzlerine genel bakış
2D/3D profil sensörleri “Akıllı Profil Sensörü” ve "Profil Oluşturucu" çalışma modlarında mevcuttur. Seçilen çalışma moduna bağlı olarak uygun iletişim arayüzü seçilebilir. Bu sayede sensör çözümleri kontrol konseptlerine, veri akışlarına ve ilgili uygulamanın gerçek zamanlı gereksinimlerine göre özel olarak uyarlanabilir.
Akıllı Profil Sensörü
Profil oluşturucu
VisionApp 360 ile bütünsel profil algılama
VisionApp 360 yazılımı yardımıyla birden fazla 2D/3D profil sensörü, münferit ölçümlerden ortak bir 2D yükseklik profili oluşturulacak şekilde kombine edilebilir. Bunun için sensörler birbirlerine göre hizalanır ve kalibre edilir, böylece bireysel koordinat sistemleri tek bir üst koordinat sistemine dönüştürülür. Bir sonraki adımda, sensörlerin kaydedilen tekli profilleri birbirine bağlı bir toplam profil oluşturacak şekilde birleştirilir. Bu, daha sonra diğer işleme adımları için kullanılabilir.
Çalışma moduna göre tipik arayüzler ve kullanımları
| Arayüz / Protokol | Akıllı profil sensörü | Profil oluşturucu | Aktarılan veriler |
|---|---|---|---|
| Dijital I/O |  |
|
Tetikleyici / sonuçlar |
| TCP/IP | |
|
Profil verileri / sonuçlar |
| GigE Vision |  |
|
Profil verileri |
| GenICam | |
|
Profil verileri, kontrol sistemi |
| SDK | |
|
Profil verileri, kontrol sistemi |
En yüksek uyumluluk için standart arayüzler
Üreticiden bağımsız entegrasyon
Yazılım uyumluluğu
Yatırımları koruma
Yerleşik görüntü işleme kütüphaneleri ve donanım bileşenleri ile uyumluluk, mevcut sistemlerin uzun vadeli kullanımını sağlar.
Geleceğe hazır
Üreticiye özel SDK'lar ile maksimum kontrol
Yerel bağlantı sayesinde optimum performans
Kendi yazılım ortamınıza bireysel entegrasyon
Örnek kod ve araçlarla hızlı geliştirme
Karşılaştırma: Standart arayüzler ve üreticiye özel SDK'lar / API'ler
| Özellik | Standart arayüzler | Üreticiye özel SDK / API |
|---|---|---|
| Uyumluluk | Yüksek (üniteler arası, üreticiden bağımsız) | Yalnızca aynı üreticinin cihazlarıyla kullanılabilir |
| Entegrasyon | Düşük – standartlaştırma sayesinde | Daha yüksek, üreticiye özel mimari bilgisi gerektirir |
| Esneklik / fonksiyon kapsamı | Standartlaştırılmış fonksiyonlarla sınırlı* | Çok yüksek – daha derin fonksiyonlara ve parametrelendirmeye erişim |
| Geleceğe yönelik güvenlik / bakım | Standartlaştırma sayesinde uzun süreli kullanılabilirlik | Üretici desteğine ve yazılım bakımına bağlıdır |
* Standartlaştırılmış arayüzler dahilinde bile uygulamaya özel fonksiyonlar entegre edilebilir. Bu, mevcut sistemlerle veya protokollerle uyumluluktan ödün vermeden özelleştirmeler yapılmasına olanak tanır.
Standart arayüzler veya üreticiye özel SDK'lar / API'ler ne zaman seçilmelidir?
- Standart arayüzler basit entegrasyon, yüksek uyumluluk ve mevcut üçüncü taraf yazılım çözümlerine bağlanma için ideal bir şekilde uygundur.
- SDK, maksimum kontrol, özelleştirme veya doğrudan sensör kontrolü gibi özel işlevler ile kendi yazılım çözümlerinin geliştirilmesi gerektiğinde doğru seçimdir.
