Il nuovo sensore 3D rileva gli oggetti trasparenti
Un nuovo metodo di misurazione per il rilevamento della forma 3D è stato sviluppato dai ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per l’ottica applicata e la meccanica di precisione IOF . Con il loro »MWIR-3D-Sensor« possono scansionare oggetti tridimensionalmente, indipendentemente dal fatto che siano di plastica trasparente o di vetro. Anche oggetti con superfici metalliche lucide o nere profonde possono essere rilevati senza problemi. Anche la combinazione di materiali diversi non è un problema per il nuovo sensore a infrarossi 3D. Nell’area dei sensori 3D, questo livello di flessibilità in termini di proprietà degli oggetti di misura è una novità. Sono possibili applicazioni nei settori del controllo di qualità nella produzione e nella robotica.
Se in precedenza si desiderava misurare con precisione superfici riflettenti, trasparenti o nere con scanner 3D convenzionali, è stato innanzitutto necessario trattare la loro superficie per questo scopo. Ciò significa: per la misurazione, gli oggetti sono stati temporaneamente ricoperti di vernice. Dopo la scansione, di solito doveva essere rimosso di nuovo con grandi spese.
L’ultima invenzione del Fraunhofer IOF renderà superfluo in futuro questo trattamento poco pratico e dispendioso in termini di tempo dell’oggetto di misurazione. A causa delle dimensioni del campo di misura, nonché della risoluzione e della velocità, il metodo è adatto anche per il controllo di qualità nei processi di produzione o per applicazioni nell’automazione.
Ciò è possibile perché i ricercatori dell’Istituto Fraunhofer di Jena sono riusciti a sfruttare la radiazione termica per la registrazione 3D. I ricercatori quindi si riferiscono a questo metodo come “sensori 3D nell’infrarosso termico”. Il cuore del sistema è un laser CO2 ad alta energia con cui viene irradiato l’oggetto di misura.
Con lenti speciali per densità ad alta potenza, il raggio laser viene esteso ad una linea che illumina verticalmente l’intero oggetto. Per un risultato di misurazione ad alta risoluzione, questa linea viene spostata sull’oggetto in una sequenza appositamente coordinata. L’energia della luce laser viene assorbita dall’oggetto di misurazione e parte di essa viene nuovamente emessa.
Combinazione di termografia e triangolazione
Due termocamere analizzano questa firma termica, che la striscia di infrarossi stretta e intensa lascia sull’oggetto, da due diverse prospettive. Un software sviluppato internamente calcola i punti dell’immagine spaziale dalle informazioni dei due angoli di visualizzazione e li combina per formare le dimensioni esatte dell’oggetto di misurazione.
L’energia termica utilizzata per l’analisi 3D è così bassa che l’oggetto non viene danneggiato. La differenza di temperatura tra superfici riscaldate e non riscaldate è solitamente inferiore a 3 ° C. Per questo motivo, il processo è adatto anche per materiali sensibili .
“Con il passaggio da un modello termico su tutta la superficie a una striscia termica stretta, siamo riusciti a sviluppare ulteriormente la tecnologia in modo tale da poter soddisfare i requisiti posti su un sensore 3D per uso industriale”, sottolinea Martin Landmann, ricercatore nel Dipartimento di imaging e tecnologia dei sensori presso Fraunhofer IOF. Insieme al suo team e a un gruppo di ricercatori dell’alleanza per l’innovazione “3Dsensation”, lavora al sistema dal 2017.
“Con l’ottica adattiva a specchio, siamo riusciti a focalizzare la potenza del laser su una superficie notevolmente più piccola e quindi a fornire il contrasto necessario per le termocamere molto più velocemente. Solo allora è stato possibile ottenere una precisione inferiore a 10 µm per le coordinate 3D con una larghezza del campo immagine di 160 mm “, spiega.
Sono concepibili applicazioni in robotica
Dopo la dimostrazione scientifica di successo del nuovo metodo di misurazione, i ricercatori stanno ora lavorando intensamente per rendere il principio di misurazione pronto per il mercato: “Per noi, ora si tratta di trasferire il sistema dal laboratorio alla pratica”, spiega Landmann. Ha anche in mente specifiche aree di applicazione: “I parametri del nostro sistema ci consentono di ottimizzarlo per diversi scenari applicativi. Se riduciamo la risoluzione al di sotto di 50 µm, possiamo registrare un set di dati stereoscopici in meno di un secondo e siamo quindi abbastanza veloci per applicazioni in robotica “.
I ricercatori del Fraunhofer IOF stanno attualmente sviluppando vari sistemi basati sul metodo di misurazione MWIR 3D. Oltre a ottimizzare il processo per vari scenari di misurazione e il suo utilizzo nei sistemi industriali, il team di Martin Landmann e il leader del gruppo Dr. Stefan Heist su un sistema da utilizzare nella robotica. Questo sistema si concentra sulla conversione della struttura del laboratorio in un prototipo che sia il più compatto e robusto possibile. In questo modo, ai robot dovrebbe essere data la capacità di riconoscere e afferrare oggetti trasparenti.
»Glass360Dgree« presentato come il primo sistema MWIR 3D al »Control-Virtuell«
Il primo sistema orientato all’applicazione che utilizza questo principio di misura MWIR-3D è »Glass360Dgree«. Il sistema è appositamente progettato per controllare i corpi di vetro nella produzione di ottiche e sarà anche utilizzato dai partner di ricerca nel corso successivo per testare come il processo di misurazione può essere integrato in un’ampia varietà di processi robotici. I ricercatori del Fraunhofer IOF presenteranno per la prima volta al pubblico “Glass360Dgree” dal 3 maggio al “Control-Virtuell”, la fiera internazionale per la garanzia della qualità.
