Kontrola geometrii elementów polimerowych z wykorzystaniem układu profilometrów laserowych

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_260/52

wyślij Paweł Rotter *, Dawid Knapik *, Maciej Klemiato *, Maciej Rosół *, Grzegorz Putynkowski ** * AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Automatyki i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków ** Centrum Badań i Rozwoju Technologii dla Przemysłu S.A., ul. L. Waryńskiego 3A, 00-645 Warszawa

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W artykule zaprezentowano koncepcję i realizację systemu optycznej kontroli geometrii elementów wykonanych z tworzywa sztucznego metodą wtrysku wysokociśnieniowego, będącego jednym z trzech modułów systemu wieloaspektowej optycznej kontroli jakości elementów polimerowych. Elementy poruszające się na przenośniku taśmowym są skanowane przez układ profilometrów laserowych, a następnie porównywane z modelem wzorcowym znajdującym się w bazie danych. W kontroli jakości układ kilku profilometrów jest zwykle stosowany w celu dookólnego skanowania obiektu, w tym przypadku jednak celem użycia czterech profilometrów było zredukowanie stref martwych. Podejście to wymagało opracowania niestandardowej metody kalibracji, pozwalającej na dowolne rozmieszczenie profilometrów. Zaproponowana metoda bazuje na wzorcu kalibracyjnym i nie wymaga, aby wiązki laserowe emitowane przez profilometry znajdowały się w jednej płaszczyźnie. Testy potwierdziły poprawność zaproponowanej metody kalibracji oraz skuteczność systemu w wykrywaniu wad geometrycznych.

Słowa kluczowe

optyczna kontrola jakości, profilometr laserowy, skanowanie 3D, wtryski polimerowe

Geometry Control of Polymer Elements Using a System of Laser Profilometers

Abstract

The article presents the concept and implementation of an optical geometry inspection system for plastic components manufactured using high-pressure injection molding. This system constitutes one of the three modules of the quality control system. Components moving along a conveyor belt are scanned by a set of laser profilometers and subsequently compared with a reference model stored in a database. In quality control applications, a multi-profilometer setup is typically used to achieve full 360-degree scanning of an object. In this case, however, the use of four profilometers was aimed at minimizing blind spots. The required arrangement of the profilometers for this purpose necessitated the development of a non-standard calibration method, allowing flexible positioning of the sensors. The proposed method is based on a calibration pattern and does not require the laser beams emitted by the profilometers to lie in the same plane. Tests confirmed both the correctness of the proposed calibration method and the effectiveness of the system in detecting geometric defects.

Keywords

3D scanning, injection molded parts, laser profilometer, optical quality control

Bibliografia

  1. Rotter P., Klemiato M., Knapik D., Rosół M., Putynkowski G., Modułowy system wieloaspektowej optycznej kontroli jakości elementów polimerowych, „Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 28, Nr 4, 2024, 97–102, DOI: 10.14313/PAR_254/97.
  2. Li L., Time-of-Flight Camera – An Introduction, “Technical White Paper”, Texas Instruments, 2014.
  3. Bamji C., Godbaz J., Oh M., Mehta S., Payne A., Ortiz S., A Review of Indirect Time-of-Flight Technologies, “IEEE Transactions on Electron Devices”, Vol. 69, No. 6, 2022, 2779–2793, DOI: 10.1109/TED.2022.3145762.
  4. Frangez V., Salido-Monzú D., Wieser A., Assessment and Improvement of Distance Measurement Accuracy for Time-of-Flight Cameras, “IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol. 71, 2022, DOI: 10.1109/TIM.2022.3167792.
  5. Zhang S., High-speed 3D shape measurement with structured light methods: A review, “Optics and Lasers in Engineering”, Vol. 106, 2018, 119–131, DOI: 10.1016/j.optlaseng.2018.02.017.
  6. Chen R., Xu J., Zhang S., Comparative study on 3D optical sensors for short range applications, “Optics and Lasers in Engineering”, Vol. 149, 2022, DOI: 10.1016/j.optlaseng.2021.106763.
  7. Tang Y., Luo W., Wang Q., Li J., Cheng L., Li J., Ke Y., A novel hand-eye semi-automatic calibration process for laser profilometers using machine learning, “Measurement”, Vol. 216, 2023, DOI: 10.1016/j.measurement.2023.112936.
  8. Li M., Du Z., Ma X., Dong W., Gao Y., A robot hand-eye calibration method of line laser sensor based on 3D reconstruction, “Robotics and Computer-Integrated Manufacturing”, Vol. 71, 2021, DOI: 10.1016/j.rcim.2021.102136.
  9. Xu J., Hoo J.L., Dritsas S., Fernandez J.G., Hand-eye calibration for 2D laser profile scanners using straight edges of common objects, “Robotics and Computer-Integrated Manufacturing”, Vol. 73, 2022, DOI: 10.1016/j.rcim.2021.102221.
  10. So E.W.Y., Michieletto S., Menegatti E., Calibration of a dual-laser triangulation system for assembly line completeness inspection, [In:] IEEE International Symposium on Robotic and Sensors Environments Proceedings, 2012, Magdeburg, Germany, DOI: 10.1109/ROSE.2012.6402621.
  11. Isa M.A., Lazoglu I., Design and analysis of a 3D laser scanner, “Measurement”, Vol. 111, 2017, 122–133, DOI: 10.1016/j.measurement.2017.07.028.
  12. Hartley R., Zisserman A., Multiple view geometry in computer vision, 2011, Cambridge University Press, DOI: 10.1017/CBO9780511811685.
  13. Cyganek B., Siebert J.P., An introduction to 3D computer vision techniques and algorithms, 2009, John Wiley & Sons, ISBN: 978-0470017043.