1070411760

40 S. Domek, P. Dworak, M. Grudziński, K.Okarma, M. Pajor

o położeniu wszystkich zidentyfikowanych obiektów w przestrzeni roboczej można przekazać do programu obróbkowego, co z kolei pozwoli na skuteczne planowanie automatycznych pomiarów oraz ruchów ustawczych i obróbkowych narzędzia lub sondy pomiarowej bez ryzyka wystąpienia kolizji.

2. ZASADA DZIAŁANIA PROPONOWANEGO SYSTEMU

Mając na uwadze potrzebę zwiększenia efektywności pracy obrabiarek CNC, w artykule zaproponowano zastosowanie techniki wizyjnej polegającej na zeskanowaniu obrabianego przedmiotu w celu uzyskania jego trójwymiarowego modelu, dzięki czemu znacząco przyspieszone może być jego pozycjonowanie dokonywane w sposób automatyczny. W tym celu proponuje się zastosowanie zestawu kamer oraz projektorów światła strukturalnego, które umożliwiają uzyskanie informacji o położeniu poszczególnych punktów reprezentujących powierzchnię detalu w przestrzeni 3D. Ich położenie może być wyznaczone z wykorzystaniem technik fotogrametrycznych oraz algorytmów analizy obrazów, w szczególności detekcji krawędzi. W celu uzyskania jak największej dokładności pomiaru przy ograniczonej rozdzielczości obrazów uzyskiwanych z kamer niezbędne jest wykorzystanie algorytmów o dokładności subpikselowej.

Skaner 3D jest niezależnym urządzeniem, związanym na stałe jedynie z własnym lokalnym układem współrzędnych. Składa się z odpowiednio rozmieszczonych w przestrzeni projektorów światła strukturalnego lub prążka laserowego oraz zestawu kamer rozmieszczonych wokół przestrzeni roboczej obrabiarki. Geometria tego układu jest znana, a w szczególności znane są kąty projekcji poszczególnych fragmentów wyświetlanego na obiekcie wzorca prążkowego oraz parametry urządzeń optycznych. Na podstawie obserwacji zniekształceń wzorca widocznego na powierzchniach skanowanego detalu można wyznaczyć, za pomocą technik fotogrametrycznych, położenie punktów w przestrzeni 3D. Zależności geometryczne dla lokalnego układu odniesienia (XsYsZs) z zastosowaniem jednej kamery i jednego projektora są przedstawione na rys. 1, gdzie L oznacza odległość pomiędzy projektorem a kamerą natomiast y - kąt między ich osiami optycznymi. Ponadto P jest kątem wyświetlania punktu wzorca rastrowego względem osi optycznej projektora, zaś a kątem jego obserwacji względem osi optycznej kamery.

Pierwszy wykorzystany przez autorów układ do skanowania optycznego opierał się na wyświetlanym kodzie Graya, czyli serii obrazów z naprzemiennymi prążkami dwubarwnymi. Suma binarna wszystkich obrazów pozwalała w rezultacie uzyskać prążki o wzajemnie niepowtarzalnym kodzie, co umożliwiało ich śledzenie w przypadku powierzchni nieciągłych (np. otworów). Kod Graya wykorzystany w projekcie jest kodem 8-bitowym pozwalającym uzyskać 255 prążków o unikalnym kodzie. Zaletą metody jest szybkość działania i prosty algorytm. Nie jest niestety możliwa do wykorzystania cała zakodowana powierzchnia detalu, a jedynie krawędzie na granicy prążków. W wyniku skanowania i zastosowania procedur fotogrametrycznych otrzymuje się krzywe reprezentowane przez serie punktów, między którymi pozostają puste przestrzenie. Aby w pełni zeskanować powierzchnię detalu, technikę tę uzupełnić można o algorytm skanowania „płynącymi” prążkami sinusoidalnymi (ang. Phase Shifting Method). Badając zmiany gradientu prążków dla każdego piksela, tworzy się mapę głębokości obrazu. Metoda ta niestety prowadzi do wielu błędów dla powierzchni nieciągłych, co powoduje konieczność dodatkowej filtracji uzyskanej chmury punktów.