Jste zde

Univerzální kompaktní 3D snímače pro řízení i diagnostiku

Antonín Vojáček, 6. Prosinec 2016 - 22:05

3D snímače budou postupně součástí většiny plně automatizovaných výrobních linek. Umožní totiž přesné oskenování a odměření povrchu každého produktu a tím získání přesných informací pro řídící systém či kontrolu výroby. Zajímavý sortiment kompaktním 3D snímačů již nabízí společnost LMI Technologies.

K čemu je dobré průmyslové 3D skenování / měření?

Pro budoucí plnou automatizací výrobních linek s minimalizací lidské obsluhy je jednou z největších a nejdůležitějších výzev nahradit plnou funkci monitorování a odměření předmětu před rozhodnutím, jak s ním dále manipulovat. V současné době je běžné použití základních 1D snímačů přiblížení nebo 2D kamer obvykle zajišťující jen základní kontrolu předmětu pro jednoduché ano/ne vyhodnocení zda daný předmět splňuje či nesplňuje přednastavené referenční parametry. Pokud produkt kontrolou projde, je s ním následně nakládáno podle jednoho fixního programu, pokud neprojde, je z výrobní linky vyřazen nebo je s ním nakládáno dle druhého fixního programu. Tento způsob zpracování neumožňuje dostatečně efektivní využití všech produktů, každá změna produkce vyžaduje změnu nastavení snímačů a nestandardní produkty, které z nějakého důvodu nepasují ani do jedné ze dvou kategorií, mohou způsobit kolizi, zablokování nebo chybnou funkci linky, kterou následně musí vyřešit až nějaký přivolaný pracovník či technik.

Pokud však automatizovaný systém mám kompletní naměřené informace o tvaru, rozměrech či natočení produktu (místo jen základní informace odpovídá / neodpovídá), může daleko lépe přizpůsobit svoji funkci konkrétní situaci a produktu, nebo alespoň lépe předem předvídat možné problémy. Je to například podobné, jako když jsou člověku zavázány oči a následně má rychle definovat přesný tvar předměty jen po hmatu. Také jeho funkce bude výrazně omezena proti možnosti, kdy si předměty může současně i prohlédnout.

Výhoda 3D skenovacích snímačů je také jejich univerzalita, kdy je možné nejen měřit celkové rozměry, ale i úhly, náklony, natočení, rozměry částí, dutin a otvorů nebo hodnoty povrchů či objemů apod.

Moderní 3D senzory umí mimo pořizování 3D snímků a modelů předmětů i rovnou porovnávat, měřit a vyhodnocovat nejrůznější parametry (např. rozměry, úhly, náklony, průměry, kvalitu povrchů, převýšení apod.)

3D snímače Gocator řady 3100

Společnost LMI Technologies (LMI) se zabývá bezkontaktními 3D skenovacími a kontrolními produkty. Řada 3D snímačů Gocator 3100 nabízí kompaktní, překalibrované stereo senzory s modrými LED, kde 3D skenování, měření s vyhodnocení a řízením je integrováno v jednom zařízení bez externí jednotky. Modré světlo poskytuje vysoký kontrast kontur předmětů a zvyšuje odolnost snímání proti vlivu okolního světla.

Nastavení a ovládání se pak kompletně provádí moderně prostřednictvím v snímači vestavěného webového serveru, takže odpadá i nutnost použití počítače s nainstalovaným softwarem. 3D skenování i vyhodnocení probíhá v reálném čase a výsledky jsou rychle nadřazenému systému dopravovány prostřednictvím Gigabitového Ethernetu.

3D snímače Gocator 3100 reprezentuje odolné provedení a kompletní řízení, ovládání i vyhodnocení uvnitř jednoho pouzdra.

Novinkou roku 2016 je pak konkrétně snímač Gocator 3109, který je určený pro průmyslové montážní linky a jejich kompletní kontrolu, kde snímače namontované na pevné rámy nebo roboty kontrolují různé parametry a kvalitu pohybujícího i nepohybujícího produktu. Nejvýznamnější jsou jeho rozměry pouhých 49 × 100 × 155 mm a hmotnost pod 1,5 kg. Krytí IP67 umožňuje přímé průmyslové nasazení. Odlehčená a kompaktní konstrukce tak dovoluje připevnit model 3109 na robotické paže, jeden nebo více senzorů umístit do stísněných a malých prostor apod. Rovněž lze synchronizovat více senzorů Gocator 3109 a vytvořit tak celý kontrolní systém. Soustavou dvou a více snímačů vzájemně propojených přes LMI Master jednotku lze využít pro vyhodnocení náročných členitých tvarů bez potřeby s předmětem otáčet při pevném fixním upevnění snímačů.

3D snímače Gocator 3109 se vyznačují velmi kompaktním provedení ve stylu "vše v jednom pouzdře" (obr. vlevo). Mimo samostatný provoz každého snímače lze je i snadno vzájemně propojit pro více směrové skenování (obr. uprostřed) a nastavení se provádí snadno z jakéhokoliv PC prostřednictvím webového prohlížeče (obr. vpravo).

Výrobci si dává záležet na co nejjednodušší použití a instalaci. Všechny 3D snímače Gocator jsou již od výrobce z výroby předkalibrovány, takže zprovoznění zahrnuje jen mechanickou instalaci snímače, připojení snímače přes ethernet na libovolný počítač s libovolným operačním systémem, otevřít libovolný webový prohlížeč a provést dokonfigurace snímače na konkrétní aplikaci.

Například nastavení parametrů expozice, spouštění (reagování na předměty), volby měřícího režimu z integrovaných možností (například měření rozměry předmětů) a volbu komunikačního výstupu či režimu přenosu vyhodnocených informací nadřazenému systému.

Celé nastavení / ovládání i monitorování chodu 3D snímače v reálném čase se provádí prostřednictvím webového prohlížeče a klikacích nabídek a menu. Volit lze automatické i ruční ladění skenovacích parametrů (např. ostření a expozice), vybírat přednastavené nebo definovat vlastní režimy kontrol a měření (2D i 3D), nastavit komunikační výstupy apod.

Zde jsou mimo podporovány i různé již zavedené průmyslové komunikační protokoly podporované různými PLC nebo řídícími systémy robotů, jako například Modbus-TCP, EtherNet/IP, nebo RS-232/RS-485 ASCII protokol. Jakmile se nastavení dokončí, je již možné snímač od počítače odpojit, protože snímač je navržen jako plně samostatně fungující "stand alone" zařízení, které má vše potřebné integrované uvnitř ve své elektronice a jako správný průmyslový snímač nepotřebuje již žádnou externí řídící jednotku. Dále jsou k dispozici spínané výstupy v případě jen základních informace při vyhodnocení shodnosti parametrů nebo i analogový výstup. Pomocí dvoustavových vstupů lze provádět spouštění snímání například na základě informace od běžných snímačů přiblížení.

Interní zpracování a vyhodnocení dat umožňuje provádět uvnitř snímače přesné porovnání každého naskenovaného předmětu s přednastavenými referenčními parametry s jednoduchým dvoustavovým výstupem dobrý / špatný výrobek. Pomocí připojení přes webový prohlížeč lze pak i v reálném čase i funkce detekce prohlížet nebo měnit měřící funkce. Naměřené hodnoty rozměrů, vzdáleností a výsledků detekce lze i ukládat a následně exportovat v CSV souboru následně zpracovatelného v programu Excel nebo podobný. Též je podporováno přímé napojení na PC software LabVIEW a Halcon či databázi HexSight.

Připojovací a komunikační možnosti 3D snímačů Gocator řady 3100 zahrnují nejen dvoustavové vstupy pro externí skenování spuštění (triggering) a spínané výstupy pro vyhodnocení shodnosti aktuálního předmětu s uloženými referenčními parametry, ale také datovou komunikaci EtherNet/IP, Modbus-TCP či ASCII RS232/RS485 pro napojení na řídící jednotky robotů, PLC i počítače.

Široké možnosti snímání a měření v jednom snímači

Gocator 3D snímače ke skenování prostoru využívají laserovou triangulaci i projekci ohraničení. Profily předmětů lze měřit v režimu jednoho bodu nebo více bodů (měření vzdálenosti jednotlivých definovaných míst / bodů na povrchu předmětu od čela snímače či podložky), linie (odměření celého zakřivení povrchu předmětu v řezu), nebo režimu celého 3D obrazu "snapshot" (oskenování celého 3D průběhu povrchu viditelného ze strany čela snímače). Zatímco první dva režimy využívají laserovou triangulaci a slouží pro velmi rychlé skenování povrchu a profilu pohybujících se předmětů velikosti do 10 mm až po 1,5 m, režim "snapshot" naopak využívá režimu projekce ohraničení předmětu modrým světlem je vhodný pro měření statického předmětu, tedy když stojí na místě. To se naopak hodí pro robotické aplikace, kde se předmět zastaví například před uchopením rukou robota. Přesnost měření je výrobce definována od +/- 50 mikrometrů.

K řízení skenování lze použít interní řízení časově definovanou periodu nebo externí řízení pomocí enkodéru nebo jiného spínaného signálu. Konkrétní volba pak závisí na konkrétní aplikaci a rychlosti pohybu předmětů.

Funkce měření:

výška, šířka a délka předmětu,
měření / výpočet plochy nebo objem předmětu,
náklon předmětu, sklon povrchů či úhel hran,
vzdálenost / převýšení různých míst na předmětu,
rozměry (šířka, délka, průměr) otvorů (včetně neprovrtaných skrz), spár, hran apod.,
přesnou vzdálenost mezi dvěma či více předměty nebo otvory,
pozice / orientace předmětu v rámci podložky nebo pozice umístění jednoho předmětu na jiném,
kontrola vyosení a zjišťování geometrických středů hran a povrchů,
porovnání rozměrů více předmětů ve jednom obraze.

Funkce pořizování:

2D průmětů povrchu předmětu,
2D řezů povrchu předmětu,
3D snímků tvaru povrchu předmětů,
3D modelů povrchu předmětů (3D vizualizace).

Ukázky ovládání 3D snímačů Gocator řady 3100.

Základní parametry 3D snímače Gocator 3109

Závěr

3D snímačům rozhodně patří budoucnost a troufám si říct, že již v blízké budoucnosti se bez nich žádná skutečně plně automatizovaná výrobní linka neobejde. Buď budou využívány na začátku linek nebo před zpracováním produktů / předmětů pro jejich přesnou identifikaci a analýzu, nebo v průběhu obrábění a zpracování pro přímé řízení pracovního procesu a nebo na konci linky či strojů ve formě výsledné kontroly a diagnostiky parametrů hotového produktu. Prostě to budou takové oči linky, čímž bude možné opět snížit potřebu přímého dozoru a zásahů lidské obsluhy. 3D snímače Gocator jsou dle mého názoru typickým příkladem, jak by mělo odolné průmyslové skenování a měření vypadat, tedy pěkně vše v jednom pouzdře a s nastavením přes webový prohlížeč. V budoucnu pak očekávám další miniaturizaci velikosti těchto snímačů.