Blizgūs metaliniai paviršiai – vienas sunkiausių atvejų 3D mašininiam matymui. Šlifuotas plienas, aliuminis, nerūdijantis plienas ar chromuotos detalės atspindi šviesą kaip veidrodis, todėl 3D skeneris gauna neišsamų ar klaidingą vaizdą. Įprastas laboratorinis sprendimas – padengti detalę matinamuoju purškikliu. Gamyboje tai dažnai netinka. Mes skenuojame blizgius paviršius be papildomų purškiklių.
Kodėl blizgus paviršius – problema
Dauguma 3D technologijų – struktūrinė šviesa, lazerinė trianguliacija, skrydžio laiko (ToF) kameros – remiasi tuo, kad paviršius išsklaido šviesą į visas puses ir dalis jos grįžta į kamerą. Matinis paviršius taip ir elgiasi. Blizgus paviršius šviesą atspindi beveik viena kryptimi, todėl atsiranda trys tipinės problemos.
1. Akinimas
Ten, kur atspindys krenta tiesiai į kamerą, vaizdas persotinamas. Projektuojamas raštas ar lazerio linija tokioje vietoje nebeatskiriami, todėl gylio apskaičiuoti negalima.
2. Trūkstami taškai
Kitose vietose atspindėta šviesa į kamerą visai negrįžta. Taškų debesyje lieka skylės – kartais būtent toje vietoje, kurią reikia išmatuoti ar kurioje robotas turi imti detalę.
3. Klaidingi taškai
Pavojingiausias atvejis. Šviesa atsispindi nuo vieno paviršiaus, tada nuo kito ir tik paskui patenka į kamerą. Sistema tokį tašką priskiria ne tai vietai, todėl taškų debesyje atsiranda „vaiduoklių“ – paviršių, kurių iš tiesų nėra. Tai ypač būdinga vidiniams kampams, grioveliams ir įgaubtoms detalėms. Jei robotas pasitiki tokiu tašku, paėmimas ar matavimas bus klaidingas.
Kodėl matinamasis purškiklis netinka gamybai
Matinamasis purškiklis padengia paviršių plonu matiniu sluoksniu, ir skeneris detalę mato kaip matinę. Matavimų laboratorijoje ar vienkartiniam skenavimui tai veikia. Tačiau gamybos linijoje kyla kelios problemos:
- Papildomas žingsnis. Purškimas, džiūvimas ir vėliau valymas užima laiko ir ilgina ciklą.
- Užterštumas. Purškiklio sluoksnis lieka ant detalės ir aplinkoje. Daugeliui gaminių tai nepriimtina, o valymas – dar viena operacija.
- Netinka linijai. Kai kiekviena detalė turi būti patikrinta ar paimta roboto realiu laiku, kiekvienos jų purkšti tiesiog neįmanoma.
- Pakeičiamas pats paviršius. Matuojamas jau sluoksniu padengtas paviršius, o ne pati detalė.
Todėl gamyboje reikia, kad 3D sistema patikimai matytų blizgų paviršių tokį, koks jis yra.
Kaip skenuojame blizgius paviršius be purškiklio
Vieno stebuklingo nustatymo nėra. Rezultatą lemia kelių priemonių derinys, kurį parenkame pagal konkrečią detalę:
- Kelios ekspozicijos (HDR). Ta pati scena skenuojama keliomis ekspozicijomis: trumpa – šviesioms, akinamoms vietoms, ilga – tamsioms. Iš kiekvienos imami patikimi taškai, ir jie sujungiami.
- Skenerio kampas ir padėtis. Parenkame tokią skenerio padėtį, kad tiesioginis atspindys nekristų į kamerą svarbiose vietose. Kai skeneris pritvirtintas prie roboto, robotas pats jį nukreipia reikiamu kampu.
- Atspindžių artefaktų filtravimas. Programiškai atpažįstame ir pašaliname taškus, kurie atsirado dėl atspindžių, kad robotas nesiremtų „vaiduokliais“.
- Kelių pozicijų skenų sujungimas. Detalę nuskenuojame iš kelių pozicijų ir sujungiame duomenis į vieną taškų debesį. Tai, kas vienoje pozicijoje akina ar dingsta, kitoje matoma gerai.
Kad skenai iš skirtingų pozicijų sutaptų, būtinas tikslus kalibravimas, o kai skenerį laiko robotas, – hand-eye kalibravimas: tiksliai žinoma, kur skeneris yra roboto atžvilgiu kiekvienoje pozicijoje.
Kur tai aktualu
Blizgių paviršių problema iškyla visur, kur 3D matymas dirba su metalu: kai robotas ima apdirbtas metalines detales iš dėžės ar padėklo, kai tikrinama detalės forma ar matmenys, kai reikia rasti tikslią detalės padėtį prieš tolesnę operaciją. Visais šiais atvejais skylės ar „vaiduokliai“ taškų debesyje reiškia klaidingą sprendimą, todėl patikimi duomenys čia svarbesni nei bet kur kitur.
Kokia įranga tam tinka
Dirbame su didelio tikslumo struktūrinės šviesos skeneriais Photoneo PhoXi, o judantiems objektams – su MotionCam-3D. Apie juos plačiau rašome straipsnyje Photoneo PhoXi ir MotionCam-3D. ToF 3D kameros atspindžiams taip pat jautrios, todėl jas renkamės didelėms scenoms, kur pakanka mažesnio tikslumo. Bendrą technologijų apžvalgą rasite straipsnyje 3D mašininis matymas pramonėje.
Kaip įvertinti, ar tai tiks jūsų detalėms
Blizgių paviršių atveju rezultatas labai priklauso nuo konkrečios formos, apdirbimo ir medžiagos, todėl bendrų skaičių iš anksto nežadame. Teisingas kelias – bandymas:
- atsiunčiate ar atvežate kelias tikras detales, geriausia – sudėtingiausias;
- jas nuskenuojame be purškiklio ir parodome taškų debesį;
- kartu įvertiname, ar duomenų pakanka jūsų užduočiai – matavimui, kontrolei ar roboto paėmimui.
Regos projektus visada pradedame tokiu bandymu, kad rezultatą pamatytumėte prieš didesnes investicijas. Daugiau – mašininio matymo paslaugose; detales aptarkime per kontaktus.