Operácie

Laserové senzory: Rozdiel medzi revíziami

Zo stránky SensorWiki

← Predchádzajúca úprava
Balogh (diskusia | príspevky)
sensor, team1
8 302 editací
Balogh (diskusia | príspevky)
sensor, team1
8 302 editací
dBez shrnutí editace
 
(10 medziľahlých úprav od rovnakého používateľa nie je zobrazených.)
Riadok 1: Riadok 1:
'''Téma:''' Optické meranie vzdialenosti, profilu a 3D skenovanie objektov
'''Téma:''' Optické meranie vzdialenosti, profilu a 3D skenovanie objektov
'''Cieľ:''' Meranie geometrických parametrov telesa (Lego Duplo 2x4) pomocou troch rôznych technológií.
'''Cieľ:''' Meranie geometrických parametrov telesa (Lego Duplo 2x4) pomocou troch rôznych technológií.


__TOC__
__TOC__


== Bezpečnosť pri práci s lasermi ==
== '''Bezpečnosť pri práci s lasermi''' ==


[[File:LaserWarning.png|200px|left]]  
[[File:LaserWarning.png|200px|left]]  
Riadok 14: Riadok 15:
<BR>
<BR>
<BR>
<BR>
Zdroj: http://sk.lumispot-tech.com/news/understanding-laser-safety-essential-knowledge-for-laser-protection/
== '''1. Teoretický úvod a technické parametre''' ==


== 1. Teoretický úvod a technické parametre ==


=== 1.1 Sick DS50: Princíp Time-of-Flight (ToF) ===
=== 1.1 Sick DS50: Princíp Time-of-Flight (ToF) ===
Riadok 27: Riadok 30:
! Parameter !! Hodnota
! Parameter !! Hodnota
|-
|-
| '''Rozsah merania''' || 200 mm – 10 000 mm
| '''Rozsah merania''' || 200 mm – 4 000 mm
|-
|-
| '''Rozlíšenie''' || 1 mm [cite: 4]
| '''Rozlíšenie''' || 1 mm  
|-
|-
| '''Presnosť merania''' || ± 10 mm (typická)
| '''Presnosť merania''' || ± 10 mm (typická)
|-
|-
| '''Napájacie napätie''' || 10 V – 30 V DC [cite: 3]
| '''Napájacie napätie''' || 10 V – 30 V DC  
|-
|-
| '''Výstup''' || Analógový (4–20 mA / 0–10 V)
| '''Výstup''' || 2x Digitálny
|}
|}


=== 1.2 Micro-epsilon ScanControl 2950-50: Laserová triangulácia ===
=== 1.2 Micro-epsilon ScanControl 2950-50: Laserová triangulácia ===
Senzor premieta laserovú čiaru, ktorej deformáciu na objekte sníma vnútorná kamera pod presne definovaným uhlom[cite: 8, 9]. Výsledkom je 2D profil objektu (rez) v reálnom čase[cite: 18, 35].
 
 
[[Súbor:scanControl29xx.jpg|200px|left]]
 
Senzor scanCONTROL 29xx pracuje na princípe optickej triangulácie (metóda svetelného rezu): Laserová čiara je premietaná na povrch cieľa prostredníctvom lineárneho optického systému.  Difúzne odrazené svetlo z laserovej čiary je zobrazené na maticu (pole) senzora pomocou vysokokvalitného optického systému a vyhodnocované v dvoch rozmeroch.  Triangulácia laserovej čiary v princípe zodpovedá triangulácii laserového bodu. Avšak počas merania je laserovou čiarou súčasne osvetlený celý rad bodov. Okrem informácie o vzdialenosti (os Z) systém deteguje a odosiela aj presnú polohu každého bodu na laserovej čiare (os X). Výsledkom je 2D profil objektu (rez) v reálnom čase.


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Riadok 47: Riadok 57:
| '''Počet bodov na profil''' || 1280 bodov
| '''Počet bodov na profil''' || 1280 bodov
|-
|-
| '''Rozsah merania (Z)''' || 50 mm
| '''Rozsah merania (Z)''' || 70 - 120 mm
|-
| '''Šírka čiary (X)''' || 42 - 58 mm
|-
|-
| '''Šírka čiary (X)''' || 50 mm
| '''Rozlíšenie''' || 1280 bodov / profil
|-
|-
| '''Frekvencia profilov''' || až 2000 Hz
| '''Frekvencia profilov''' || až 2000 Hz
|-
|-
| '''Rozhranie''' || Gigabit Ethernet [cite: 11]
| '''Rozhranie''' || Gigabit Ethernet  
|}
|}
<BR>
<BR>
<BR>
<BR>


=== 1.3 Photoneo PhoXi 3D Scanner Model M: Štruktúrované svetlo ===
=== 1.3 Photoneo PhoXi 3D Scanner Model M: Štruktúrované svetlo ===
Skenery Photoneo využívajú projekciu kódovaných svetelných vzorov[cite: 36]. Kamera sníma deformáciu týchto vzorov a algoritmy transformujú dáta na mračno 3D bodov (point cloud)[cite: 41, 47].
 
[[Súbor:photoneoPhoXi3D.jpg|200px|left]]
 
Slovenské skenery Photoneo PhoXi (Zebra Technologies Slovakia) využívajú projekciu kódovaných svetelných vzorov. Kamera sníma deformáciu týchto vzorov a algoritmy transformujú dáta na mračno 3D bodov (point cloud).
 


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Riadok 74: Riadok 95:
|}
|}


== 2. Referenčný objekt: Lego Duplo 2x4 ==
 
 
== '''2. Referenčný objekt: Lego Duplo 2x4''' ==


Namerané hodnoty porovnajte s týmito teoretickými rozmermi:
Namerané hodnoty porovnajte s týmito teoretickými rozmermi:
Riadok 89: Riadok 112:
</div>
</div>


== 3. Postup merania ==
 
 
== '''3. Postup merania''' ==
 
Každé meranie zopakujte aspoň pre dve rozličné farby a porovnajte výsledky.


=== Úloha 1: Bodové meranie (SICK) ===
=== Úloha 1: Bodové meranie (SICK) ===
# Zapojte senzor (napájanie 12 V - 24 V)[cite: 3].
 
# Odmerajte základnú vzdialenosť k podložke bez kocky[cite: 5].
# Zapojte senzor (napájanie 12 V).
# Vložte kocku pod lúč a odmerajte novú vzdialenosť[cite: 5].
# Odmerajte základnú vzdialenosť k podložke bez kocky.
# Výšku kocky získate odčítaním týchto dvoch hodnôt[cite: 5]. Odmerajte všetky tri základné rozmery[cite: 6].
# Vložte kocku pod lúč a odmerajte novú vzdialenosť.
# Výšku kocky získate odčítaním týchto dvoch hodnôt. Odmerajte všetky tri základné rozmery.
# Zhodnoťte vplyv farby kocky na meranie.
 
 


=== Úloha 2: Profilové meranie (Micro-Epsilon) ===
=== Úloha 2: Profilové meranie (Micro-Epsilon) ===
# Spustite softvér '''scanCONTROL Configuration Tools'''[cite: 11].
 
# V menu '''Display Image Data''' nastavte polohu kocky tak, aby bola čiara jasne viditeľná vrátane výstupkov[cite: 15, 21, 22].
# Spustite nas počítači softvér '''scanCONTROL Configuration Tools'''.
# Prejdite do '''Display Profiles''' pre zobrazenie zdigitalizovaného profilu[cite: 18, 24].
# V menu '''Display Image Data''' nastavte polohu kocky tak, aby bola čiara jasne viditeľná vrátane výstupkov.
# V '''Program Selector''' nastavte meranie výšky (Step) alebo hrany (Edge)[cite: 19, 26].
# Prejdite do '''Display Profiles''' pre zobrazenie zdigitalizovaného profilu.
# Pomocou grafických kót (nastavenie cez tlačidlo L vpravo hore) odmerajte výšku kocky a výšku výstupkov[cite: 27, 28, 29, 30].
# V '''Program Selector''' nastavte meranie výšky (Step) alebo hrany (Edge).
# Vyskúšajte identifikovať chybnú zelenú kocku so zalepeným výstupkom[cite: 33, 34].
# Pomocou grafických kót (nastavenie cez tlačidlo L a R vpravo hore) odmerajte výšku kocky a výšku výstupkov.
# Vyskúšajte identifikovať chybnú zelenú kocku so zalepeným výstupkom.
# Zhodnoťte vplyv farby kocky na meranie.
 


=== Úloha 3: 3D skenovanie (Photoneo) ===
=== Úloha 3: 3D skenovanie (Photoneo) ===
# V programe '''PhoXi Control''' vykonajte jeden sken (tlačidlo '''Trigger''')[cite: 37, 43].
 
# Skontrolujte vizuálnu kvalitu skenu a uložte dáta vo formáte '''.ply'''[cite: 44, 45].
# V programe '''PhoXi Control''' vykonajte jeden sken (tlačidlo '''Trigger''').
# Otvorte softvér '''CloudCompare''' a načítajte uložený súbor[cite: 46, 48, 49].
# Skontrolujte vizuálnu kvalitu skenu a uložte dáta vo formáte '''.PLY'''.
# Použite nástroj '''Tools -> Point Picking'''[cite: 50].
# Otvorte softvér '''CloudCompare''' a načítajte uložený súbor.
# Zvoľte druhú možnosť ('''Select two points''') a kliknutím na rohy kocky odmerajte jej reálne rozmery[cite: 51, 52, 53].
# Použite nástroj '''Tools -> Point Picking'''.
# Zvoľte druhú možnosť ('''Select two points''') a kliknutím na rohy kocky odmerajte jej reálne rozmery.
# Zhodnoťte vplyv farby kocky na meranie.
 
 
<div style='text-align: center;'>
[[Súbor:MISA_CloudCompare.png|700px]]<BR>
''Meranie rozmerov v programe CloudCompare.''
</div>
 
 
Ak program nie je nainštalovaný, stiahnete si ho odtiaľto: https://www.cloudcompare.org/release/
 


== 4. Spracovanie výsledkov ==
== 4. Spracovanie výsledkov ==
V protokole vytvorte tabuľku s porovnaním nameraných hodnôt zo všetkých troch senzorov voči teoretickým rozmerom kocky Lego Duplo[cite: 55]. Vyhodnoťte presnosť jednotlivých technológií a priložte screenshoty z meraní[cite: 54, 55, 56].
 
V protokole vytvorte tabuľku s porovnaním nameraných hodnôt zo všetkých troch senzorov voči teoretickým rozmerom kocky Lego Duplo. Vyhodnoťte presnosť jednotlivých technológií a priložte screenshoty z meraní. Vyhodnoťte vplyv farby materiálu na meranie.

Aktuálna revízia z 22:12, 28. apríl 2026

Téma: Optické meranie vzdialenosti, profilu a 3D skenovanie objektov

Cieľ: Meranie geometrických parametrov telesa (Lego Duplo 2x4) pomocou troch rôznych technológií.

Bezpečnosť pri práci s lasermi

Pri práci je nevyhnutné dodržiavať bezpečnostné predpisy pre laserové zariadenia podľa ich klasifikácie:

  • Laserová trieda 2 (Sick DS50): Viditeľné žiarenie s výkonom do 1 mW. Ochrana oka je zabezpečená prirodzeným žmurkacím reflexom (reakcia do 0,25 s). Do lúča sa však nikdy nepozerajte cielene - môžu byť nebezpečné.
  • Laserová trieda 3R (PhoXi M): Žiarenie s výkonom do 5 mW. Priamy pohľad do lúča môže byť nebezpečný pre sietnicu oka, najmä pri dlhodobom vystavení. Riziko expozície môže zvýšiť, ak zariadenie nesprávne používajú nevyškolené osoby.
  • Laserová trieda 3B (ScanControl): Vysoké nebezpečenstvo. Výkon do 500 mW. Priamy lúč aj zrkadlové odrazy môžu spôsobiť trvalé poškodenie zraku. Je prísne zakázané vkladať do cesty lúča vysoko reflexné predmety a pozerať sa priamo do zdroja. Pozeranie do rozptýleného odrazeného svetla je zvyčajne bezpečné, ak sa oko nachádza vo vzdialenosti väčšej ako 13 cm od rozptylovej plochy a čas trvania expozície je menší ako 10 sekúnd.



Zdroj: http://sk.lumispot-tech.com/news/understanding-laser-safety-essential-knowledge-for-laser-protection/

1. Teoretický úvod a technické parametre

1.1 Sick DS50: Princíp Time-of-Flight (ToF)

Senzor meria čas, za ktorý laserový impulz prejde dráhu k objektu a späť. Vzdialenosť sa určuje na základe konštantnej rýchlosti svetla.

Technické parametre SICK DS50
Parameter Hodnota
Rozsah merania 200 mm – 4 000 mm
Rozlíšenie 1 mm
Presnosť merania ± 10 mm (typická)
Napájacie napätie 10 V – 30 V DC
Výstup 2x Digitálny



1.2 Micro-epsilon ScanControl 2950-50: Laserová triangulácia

Senzor scanCONTROL 29xx pracuje na princípe optickej triangulácie (metóda svetelného rezu): Laserová čiara je premietaná na povrch cieľa prostredníctvom lineárneho optického systému. Difúzne odrazené svetlo z laserovej čiary je zobrazené na maticu (pole) senzora pomocou vysokokvalitného optického systému a vyhodnocované v dvoch rozmeroch. Triangulácia laserovej čiary v princípe zodpovedá triangulácii laserového bodu. Avšak počas merania je laserovou čiarou súčasne osvetlený celý rad bodov. Okrem informácie o vzdialenosti (os Z) systém deteguje a odosiela aj presnú polohu každého bodu na laserovej čiare (os X). Výsledkom je 2D profil objektu (rez) v reálnom čase.

Technické parametre ScanControl 2950-50/3B-SI
Parameter Hodnota
Počet bodov na profil 1280 bodov
Rozsah merania (Z) 70 - 120 mm
Šírka čiary (X) 42 - 58 mm
Rozlíšenie 1280 bodov / profil
Frekvencia profilov až 2000 Hz
Rozhranie Gigabit Ethernet





1.3 Photoneo PhoXi 3D Scanner Model M: Štruktúrované svetlo

Slovenské skenery Photoneo PhoXi (Zebra Technologies Slovakia) využívajú projekciu kódovaných svetelných vzorov. Kamera sníma deformáciu týchto vzorov a algoritmy transformujú dáta na mračno 3D bodov (point cloud).


Technické parametre PhoXi Model M
Parameter Hodnota
Snímací rozsah 458 mm – 1118 mm
Optimálna vzdialenosť 650 mm
Presnosť (Z-noise) < 0,1 mm
Rozlíšenie senzora 3,2 milióna 3D bodov
Pripojenie Gigabit Ethernet [cite: 37]


2. Referenčný objekt: Lego Duplo 2x4

Namerané hodnoty porovnajte s týmito teoretickými rozmermi:

  • Dĺžka: 63,8 mm (nominálne 64 mm vrátane vôle).
  • Šírka: 31,8 mm (nominálne 32 mm).
  • Výška (bez výstupkov): 19,2 mm.
  • Priemer výstupku (stud): 9,4 mm.
  • Výška výstupku: cca 4,5 mm.



Kocka Lego Duplo 4x2 - rozmery.


3. Postup merania

Každé meranie zopakujte aspoň pre dve rozličné farby a porovnajte výsledky.

Úloha 1: Bodové meranie (SICK)

  1. Zapojte senzor (napájanie 12 V).
  2. Odmerajte základnú vzdialenosť k podložke bez kocky.
  3. Vložte kocku pod lúč a odmerajte novú vzdialenosť.
  4. Výšku kocky získate odčítaním týchto dvoch hodnôt. Odmerajte všetky tri základné rozmery.
  5. Zhodnoťte vplyv farby kocky na meranie.


Úloha 2: Profilové meranie (Micro-Epsilon)

  1. Spustite nas počítači softvér scanCONTROL Configuration Tools.
  2. V menu Display Image Data nastavte polohu kocky tak, aby bola čiara jasne viditeľná vrátane výstupkov.
  3. Prejdite do Display Profiles pre zobrazenie zdigitalizovaného profilu.
  4. V Program Selector nastavte meranie výšky (Step) alebo hrany (Edge).
  5. Pomocou grafických kót (nastavenie cez tlačidlo L a R vpravo hore) odmerajte výšku kocky a výšku výstupkov.
  6. Vyskúšajte identifikovať chybnú zelenú kocku so zalepeným výstupkom.
  7. Zhodnoťte vplyv farby kocky na meranie.


Úloha 3: 3D skenovanie (Photoneo)

  1. V programe PhoXi Control vykonajte jeden sken (tlačidlo Trigger).
  2. Skontrolujte vizuálnu kvalitu skenu a uložte dáta vo formáte .PLY.
  3. Otvorte softvér CloudCompare a načítajte uložený súbor.
  4. Použite nástroj Tools -> Point Picking.
  5. Zvoľte druhú možnosť (Select two points) a kliknutím na rohy kocky odmerajte jej reálne rozmery.
  6. Zhodnoťte vplyv farby kocky na meranie.



Meranie rozmerov v programe CloudCompare.


Ak program nie je nainštalovaný, stiahnete si ho odtiaľto: https://www.cloudcompare.org/release/


4. Spracovanie výsledkov

V protokole vytvorte tabuľku s porovnaním nameraných hodnôt zo všetkých troch senzorov voči teoretickým rozmerom kocky Lego Duplo. Vyhodnoťte presnosť jednotlivých technológií a priložte screenshoty z meraní. Vyhodnoťte vplyv farby materiálu na meranie.

Zdroj: „https://senzor.robotika.sk/sensorwiki/index.php?title=Laserové_senzory&oldid=18532“