Τα διαφανή αντικείμενα έχουν τα μειονεκτήματα τους. Σκεφτείτε τα μεγάλα γυάλινα παράθυρα όπου τα πουλιά μπορούν να συγκρουστούν λόγω της διαφάνειας τους. Ακριβώς όπως τα ζώα δυσκολεύονται να αναγνωρίσουν διαφανείς επιφάνειες, τα ρομπότ είναι επίσης περιορισμένα στις δυνατότητες τους: δε μπορούν να «δουν» γυαλί ή άλλες επιφάνειες που είναι γυαλιστερές, μεταλλικές, εξαιρετικά ανακλαστικές ή μαύρες.
Σε ένα βιομηχανικό περιβάλλον, η αδυναμία των ρομπότ να δουν τέτοιες επιφάνειες έχει οδηγήσει πολλά έργα αυτοματισμού να μένουν μόνο στο στάδιο του σχεδιασμού και όχι της υλοποίησης αφού οι διαφανείς επιφάνειες μπορούν να ανιχνευθούν μόνο πολύ αργά ή πολύ ανακριβώς σε τρισδιάστατες μετρήσεις.
Μια νέα τεχνική τρισδιάστατης μέτρησης, που αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Fraunhofer IOF το 2021, λύνει αυτό το πρόβλημα. Ο αισθητήρας MWIR 3D Sensor -που ονομάζεται επίσης Glass360Dgree- μπορεί να ανιχνεύσει αντικείμενα σε ανακλαστικές ή απορροφητικές επιφάνειες χωρικά και αξιόπιστα για πρώτη φορά. Για το σκοπό αυτό, το σύστημα συνδυάζει υπέρυθρο λέιζερ και θερμογραφία: μετά την τοπική θέρμανση του προς μέτρηση αντικειμένου, δύο κάμερες θερμικής απεικόνισης επιτυγχάνουν να καθορίσουν την προκύπτουσα κατανομή θερμοκρασίας στην επιφάνεια του αντικειμένου.
Σε αντίθεση με τους συμβατικά χρησιμοποιούμενους αισθητήρες, το σύστημα που αναπτύχθηκε πρόσφατα δεν απαιτεί πρόσθετα βοηθήματα μέτρησης ή ειδικές, προσωρινής εφαρμογής σημάνσεις, για παράδειγμα με τη μορφή βαφής (τοπικού ψεκασμού). Ο θερμογραφικός 3D αισθητήρας του Fraunhofer IOF κάνει διαφανή αντικείμενα ορατά στα ρομπότ για πρώτη φορά.
Υψηλή ταχύτητα μέτρησης ακόμη και σε βιομηχανικές διεργασίες μεγάλης κλίμακας
Οι διαδικασίες παραγωγής απαιτούν συχνά ταχύτητα σε συνδυασμό με υψηλή ποιότητα και πιστότητα. Αυτό σημαίνει ότι όσο περισσότερα βήματα εργασίας μπορεί να εκτελέσει ένα σύστημα ανά λεπτό χωρίς να παράγει ελαττωματικά προϊόντα, τόσο πιο κερδοφόρα είναι η παραγωγή. Οι ερευνητές στο Fraunhofer IOF βρήκαν αυτήν την απαίτηση της βιομηχανίας ως ευκαιρία να προσαρμόσουν το Glass360Dgree σε διάφορα σενάρια παραγωγής. Ήδη από τις αρχές του 2022, οι ερευνητές του Ινστιτούτου σε συνεργασία και με άλλες ομάδες κατάφεραν να αυξήσουν αναλογικά την ταχύτητα μέτρησης και να βελτιστοποιήσουν τις παραμέτρους του πεδίου μέτρησης.
«Η ερευνητική μας ομάδα συνεργάζεται εδώ και χρόνια με εταιρείες από ένα ευρύ φάσμα τομέων παραγωγής. Μεταξύ αυτών είναι εταιρείες από την κατασκευή ημιαγωγών, την αυτοκινητοβιομηχανία και την αεροπλοϊα. Εξετάσαμε κοινά έργα από το παρελθόν και αναλύσαμε πώς ο τρισδιάστατος αισθητήρας μας για διαφανείς επιφάνειες θα μπορούσε να επιτύχει καλύτερα αποτελέσματα από τους συμβατικούς αισθητήρες σε διάφορα σενάρια εφαρμογών. Καταφέραμε να εντοπίσουμε τρία βασικά σημεία εκκίνησης για να κάνουμε το σύστημα μας έτοιμο για πιθανή χρήση σε μια μεγάλης κλίμακας βιομηχανική εγκατάσταση παραγωγής», εξηγεί ο Δρ. Stefan Heist, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας «3D Sensors» στο Fraunhofer IOF, ο οποίος εργάζεται στο θέμα των νέων μεθόδων τρισδιάστατης μέτρησης εδώ και πολλά χρόνια.
Η ομάδα βρήκε την ιδανική ισορροπία μεταξύ του επιπέδου λεπτομέρειας που απαιτείται για την ανάλυση και της διάρκειας μιας μέτρησης. Διερεύνησαν επίσης διάφορες επιλογές για την οπτική ρύθμιση του τρισδιάστατου αισθητήρα τους προκειμένου να προσαρμόσουν μεταβλητά το πεδίο μέτρησης στην εκάστοτε εργασία και στον διαθέσιμο χώρο μέσα σε ένα εργοστάσιο παραγωγής. Επιπλέον, η ομάδα με επικεφαλής τον Δρ. Stefan Heist και τον Martin Landmann, επίσης ερευνητή στο Fraunhofer IOF, συνεργάστηκε στενά με ερευνητές από το Ilmenau University of Technology για τη βελτιστοποίηση της επεξεργασίας δεδομένων του συστήματος μέτρησης τους. Η ομάδα από το Ilmenau πέτυχε να ελέγχει αποτελεσματικά ένα ρομπότ και τα αντίστοιχα εργαλεία του από τα δεδομένα μετρήσεων που ελήφθησαν από τον αισθητήρα.
Με τη μεγάλη του ευελιξία στις ιδιότητες των προς σάρωση αντικειμένων, το Glass360Dgree ανοίγει εντελώς νέες δυνατότητες στον αυτοματισμό των βιομηχανικών διαδικασιών καθώς και στο σχεδιασμό προϊόντων. Ο θερμογραφικός 3D αισθητήρας χρησιμοποιεί θερμική ακτινοβολία και απεικόνιση για τρισδιάστατη ανίχνευση. Ένα λέιζερ CO2 υψηλής ενέργειας και μια φορητή οπτική διάταξη με ειδικούς φακούς προβάλλουν μια γραμμή που κινείται σε πολλά βήματα πάνω από το μετρούμενο αντικείμενο σε κλάσματα του δευτερολέπτου.
Καθ' όλη τη διάρκεια της μέτρησης, το αντικείμενο απορροφά την ενέργεια του λέιζερ και την εκπέμπει στις δύο εξαιρετικά ευαίσθητες κάμερες θερμικής απεικόνισης. Το ειδικό λογισμικό που αναπτύχθηκε στο Fraunhofer IOF αναλύει τις εικόνες της θερμικής υπογραφής που αφήνει η στενή υπέρυθρη γραμμή στο αντικείμενο για σύντομο χρονικό διάστημα. Το λογισμικό χρησιμοποιεί τις δύο διαφορετικές γωνίες θέασης και την προκύπτουσα παραμόρφωση ανά σημείο και τις συνδέει με χωρικές συντεταγμένες. Στη συνέχεια συσχετίζει αυτά τα δεδομένα με τις ακριβείς διαστάσεις του μετρούμενου αντικειμένου. Πρέπει να σημειωθεί ότι η θερμική ενέργεια που εισάγεται για την τρισδιάστατη ανάλυση είναι τόσο χαμηλή που δεν επηρρεάζει το αντικείμενο: η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ θερμαινόμενων και μη θερμαινόμενων επιφανειών είναι συνήθως μικρότερη από 3°C.
Το «Glass360Dgree» θα παρουσιαστεί από την Fraunhofer IOF σε ένα εξειδικευμένο κοινό που ενδιαφέρεται για την αυτοματοποίηση και τη μετρολογία στην έκθεση «Hannover Messe» από τις 30 Μαΐου έως τις 2 Ιουνίου 2022 και στο «Control», τη διεθνή εμπορική έκθεση για τη διασφάλιση ποιότητας, από τις 3 έως τις 6 Μαΐου 2022.
Με πληροφορίες από fraunhofer.de
