Laserové senzory
Zo stránky SensorWiki
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.
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.
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Rozsah merania | 200 mm – 10 000 mm |
| Rozlíšenie | 1 mm [cite: 4] |
| Presnosť merania | ± 10 mm (typická) |
| Napájacie napätie | 10 V – 30 V DC [cite: 3] |
| Výstup | Analógový (4–20 mA / 0–10 V) |
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].
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Počet bodov na profil | 1280 bodov |
| Rozsah merania (Z) | 50 mm |
| Šírka čiary (X) | 50 mm |
| Frekvencia profilov | až 2000 Hz |
| Rozhranie | Gigabit Ethernet [cite: 11] |
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].
| 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
Úloha 1: Bodové meranie (SICK)
- Zapojte senzor (napájanie 12 V - 24 V)[cite: 3].
- Odmerajte základnú vzdialenosť k podložke bez kocky[cite: 5].
- Vložte kocku pod lúč a odmerajte novú vzdialenosť[cite: 5].
- Výšku kocky získate odčítaním týchto dvoch hodnôt[cite: 5]. Odmerajte všetky tri základné rozmery[cite: 6].
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].
- Prejdite do Display Profiles pre zobrazenie zdigitalizovaného profilu[cite: 18, 24].
- V Program Selector nastavte meranie výšky (Step) alebo hrany (Edge)[cite: 19, 26].
- Pomocou grafických kót (nastavenie cez tlačidlo L vpravo hore) odmerajte výšku kocky a výšku výstupkov[cite: 27, 28, 29, 30].
- Vyskúšajte identifikovať chybnú zelenú kocku so zalepeným výstupkom[cite: 33, 34].
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].
- Otvorte softvér CloudCompare a načítajte uložený súbor[cite: 46, 48, 49].
- Použite nástroj Tools -> Point Picking[cite: 50].
- Zvoľte druhú možnosť (Select two points) a kliknutím na rohy kocky odmerajte jej reálne rozmery[cite: 51, 52, 53].
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].