M2D - Лазерный сканер для распознавания профилей

* Сенсорная головка расположена отдельно от блока электроники. Длина кабеля между ними – 2 м, стандартный аналоговый вывод на 4…20 мА.

=================================

* Сенсорная головка расположена отдельно от блока электроники. Длина кабеля между ними – 2 м, стандартный аналоговый вывод на 4…20 мА.
** 0-60° без водяного охлаждения
*** Разъемы для подачи сжатого воздуха и водяного охлаждения

=================================

Измерение длины Измерение длины быстродвижущихся объектов с помощью сигнала запуска	Измерение длины Точное определение ширины материала
Определение положения Позиционирование объектов один на другом, например, перед сваркой	Измерение профиля Контроль профиля и распознавание положения
Измерение канавки Для измерения канавки одновременно выполняется сканирование в двух или более точках	Измерение дверного зазора Измерение дверного зазора и расстояния между дверью и кузовом (например, расстояние до средней дверной стойки)
Контроль сварного шва на специальных заготовках В целях контроля сварного шва сканирование выполняется в направлении, поперечном шву. В случаях с более высокой скоростью транспортировки сканирование осуществляется в направлении, диагональном сварному шву. Передача данных осуществляется через RS232. При превышении допустимых предельных значений генерируется аварийный сигнал.

Сканер M2D используется для двухмерного измерения высоты профиля объектов, выполненных из различных материалов. С этой целью на измеряемый объект проецируется лазерный луч и с помощью принципа триангуляции измеряется расстояние до нескольких точек на поверхности объекта. Сканер может использоваться для распознавания геометрических профилей и измерения
расстояний. Высота профиля (ось Z) измеряется как функция от расстояния (ось X) . В качестве результата получаем контур объекта в точке измерения. Каждые 20 мс выполняется полное сканирование в 283 измеритель ных точках или каждые 40 мс в 566 точках. Измерение по оси X выполняется в диапазоне от 5 до 1200 мм, по оси Z – от 8 до 600 мм. См. Раздел 10.1 "Характеристики
сканера M2D/M2D-W".

1.1 Области применения

•Точное управление роботами-манипуляторами:

1. монтаж дисков, позиционирование кузова автомобиля, регулировка зазоров в втомобильной промышленности
2. контроль сварного шва и его качества.

•Быстрые измерения:

1. быстро движущихся объектов
2. зазоров
3. кромок
4. глубины и ширины проемов
5. трехмерных объектов и профилей
6. компонентов, устанавливаемых на печатных платах

•Контроль за объектами

1. контроль в целях избежания столкновений
2. проверка наличия и положения объекта.

1.2 Метод измерения

Линейный сканер M2D работает по принципу триангуляции.
Лазерный луч создается импульсным лазерным диодом и линейной оптикой. Световая энергия проецированного оптикой. Световая энергия проецированного лазерного луча, диффузно отраженная от измеряемого объекта, собирается на двухмерной матрице ПЗС (см. рисунок 1). Изменения высоты контура сканируемого объекта при водят к отклонению отраженного лазерного луча. Дан ное отклонение тригонометрическим образом корректи руется и вычисляется. Кроме данных о расстоянии по оси Z, отображается также и информация о соответствующей точке линии ска нирования по оси X.

=====================================================

рисунок 1

=====================================================

1.3 Конструкция сканера

Сканер отличается компактностью, так как линеаризация и измерение расстояния осуществляются с помощью встроенных в датчик аппаратных средств. Принципиальная конструкция линейного сканера M2D изображена на рисунке 2. Невосприимчивость к внешнему свету (до 5.000 люкс) обеспечивается с помощью узкополосного фильтра. Линейные сканеры соответствует классу лазерной защиты 2 (исключение – сканер мо дели M2D-500, имеющий класс защиты 3а). Оптические компоненты защищены с помощью пластикового экрана, который дополнительно может быть сменным. Датчик не имеет подвижных частей и поэтому не требует об служивания.
В зависимости от участка измерения и сканирования датчик может состоять из сенсорной головки, соединенной с электронным блоком кабелем длиной около 2 м, или может представлять собой большую сенсорную головку со встроенной функцией предварительной обработки сигнала.

=====================================================

рисунок 2

=====================================================

1.4 Вывод данных и системная интеграция

Для упрощения использования M2D существует целый ряд интерфейсов и режимов обработки.

 

Вывод профиля объекта для последующей обработки:
• Аналоговый ( см. раздел 5.2)

1.  Оси X и Z 0…10 В
2.  Оси X и Z (0) 4…20 мА (дополнительно)

• Цифровой (см. раздел 5.3)

1. Порт EPP/PS2 (двунаправленный интерфейс принтера)
2. Передача файла печати осуществляется последовательно в два этапа для 1-ого и 2-ого полукадра измерения во всех рабочих режимах.
3. Специальная обработка данных профиля в датчике через встроенный ПК 104 (например, измерение ширины зазо ра, определение качественной детали/брака) и вывод результата выполняется через

• RS 232 (RS 485/422, шина CAN дополнительно),
• порт PS2 (дополнительно),
• плату реле (дополнительно).

На рисунке 3 показан метод измерения, используемый в датчике. На рисунке 3а показан датчик, направленный на объект, который необходимо измерить. В данном сканере используется угловой принцип сканирования, т.е. объект сканируется лазерным лучом в форме веера. Для каждого лазерного луча датчик вычисляет точку сканирования на измеряемом объекте (показано черными точками).
Координаты точек сканирования линеаризируются и выводятся как пары значений (рисунки 3 b и 3c). Как видно из рисунка 3b, расстояние до точек измерения по оси X непостоянно. Фактический профиль может быть получен только в изображении Z (X), что схоже с рабочим режимом X/Y осциллоскопа (см. рисунок 3d). Это станет понятно, если подсоединить аналоговые выходы X и Z к входам X и Y осциллоскопа.

=====================================================

рисунок 3

=====================================================

На участках, где датчик не может распознать измеряе мый объект, значения X и Z являются неопределенными (или на аналоговых выходах остаются последние действительные значения).

• Ошибки могут быть вызваны:

1. прямым отражением лазера от зеркальных поверх-
   ностей,
2. множественными отражениями на краях,
3. слишком темными объектами,
4. сильными различиями характеристик поверхности,
5. отсутствием объекта в участке измерения,
6. прерываниями лазерного луча и затемнениями,
7. частично прозрачными поверхностями (особенно характерно для пластмассы или стеклообразных материалов).

• Рекомендации по обработке:

1. Расстояния между точками измерения по оси X не являются постоянными и увеличиваются по мере удаления от датчика.
2. Порядок точек по оси X может не быть последовательным, поэтому необходимо внимательно интерпретировать данные.
3. При использовании цифрового интерфейса для каждой точки измерения необходимо змерить значение интенсивности света, чтобы отбросить недействительные значения, как показано на рисунке 4. Для обработки и фильтрации данных используется стандартное программное обеспечение, работающее в среде MS-Windows 3.1x, Win 95/98/2000/NT, а также в среде DOS (см. раздел 8).

=====================================================

рисунок 4

=====================================================

3. Использование сканера

3.1 Монтаж и регулировка датчика

 

• При удалении измеряемого объекта от датчика разрешение ухудшается.
• Оптимального результата распознавания можно достичь, если луч сканера направлен перпендикулярно к поверхности объекта. В случае, если поверхность рас-
положена почти параллельно лазерному лучу, то из-за низкого отражения сложно распознать профиль по верхности. Для получения оптимального результата необходимо установить датчик под наклоном к изме ряемому объекту.
• Датчик должен быть электрически изолирован от монтажной поверхности в целях избежания высокочастотных помех.
• В системах с раздельно размещенными сенсорной головкой и электронным блоком, не допускается их замена на такие же элементы другой системы, так как они точно подобраны друг к другу.
• Кабель не следует укорачивать или удлинять.

3.2 Метод измерения

Установка времени экспозиции:
Время экспозиции может быть установлено между 1/120 с и 1/4000 с (см. раздел 4.1). Короткое время экспозиции подходит для объектов с высоким коэффициентом отражения или быстро движущихся объектов. В большинстве случаев оптимальным является время экспозиции,
равное 1/250 с (стандартная настройка завода изготовителя).

Внешняя синхронизация:
Для точной синхронизации измерения с технологическим процессом, сканер может быть апущен при помо щи внешнего сигнала, что позволяет точно установить точки измерения (см. раздел 4.2 и 5.4). Данный режим работы позволяет использовать максимальную скорость сканирования, равную 20 полукадрам в секунду.

Внешняя синхронизация:
Разрешение по оси X (диапазон сканирования) – количество точек измерения на одно сканирование - и частота повтора измерения зависят от выбранного рабочего ре жима.
Сканер выполняет 50 сканирований в секунду в непрерывном режиме (переключатель SW 4 выкл.). Каждое сканированное изображение состоит из 283 точек измерения (X, Z, интенсивность). Для увеличения разрешения по оси X до 566 точек 2 последовательных сканированных изображения объединяются в один профиль (SW 4 вкл.). Рабочая скорость – 25 профилей в секунду в режиме высокого разрешения (см. рис. 5).

=====================================================

рисунок5

=====================================================

Важно учитывать следующее:
Если объект является неподвижным или движется медленно, то объединение двух последовательных сканиро ваний (в прилегающих точках блоков по 283 точки) не
представляет сложности. Однако, если необходимо вы полнить сканирование быстро движущихся объектов, могут произойти ошибки смещения из-за движения объекта между двумя последовательными сканированиями. Чтобы избежать этого, сканер нужно установить на ре-
жим полного кадра (см. раздел 4.3). В этом режиме все точки измеряются одновременно. Теперь оба последовательных полукадра объединяются с помощью динамически подключаемой библиотеки (DLL) или программного обеспечения и образуют один профиль, не имеющий
зазора, возникающего из-за непостоянной скорости движения объекта. В этом рабочем режиме чувствительность датчика к внешнему свету возрастает из-за того, что вторая половина сканированного изображения сохраняется в чувствительной к свету части микросхемы
ПЗС.

3.3 Меры безопасности при работе с лазерным сканером.

Сканер M2D/LASER обеспечивает защиту класса 2, 3а или 3b. На датчике должна быть размещена табличка, предупреждающая об опасности лазерного излучения для глаз (см. рисунок 6). Табличка должна быть укреплена таким образом, чтобы ее можно было увидеть до
того, как лазерный луч попадет в глаза. Лазер имеет низкую мощность, поэтому он не опасен для кожного покрова оператора, а диффузно отраженный луч не вреден
для человеческого глаза.

=====================================================

рисунок 6

=====================================================

Следующие меры гарантируют безопасность оператора:

1. Избегайте прямого попадания лазерного луча в глаза
2. Избегайте попадания в глаза лазерного луча, отраженного от поверхностей с высоким коэффициентом от ражения
3. Не открывайте прибор в целях ремонта. В случае не исправности ремонт осуществляется изготовителем
4. Не используйте другие органы управления и настройки кроме тех, которые указаны в данном документе, так как это может привести к вредному для человека излучению

4. Переключатели DIP

Настройки сканера могут быть изменены с помощью DIP-переключателей SW1…SW4. Далее следует описание настроек переключателей. Настройки, помеченные знаком *, являются заводскими.
Примечание: Настройки переключателей DIP можно перезаписать с помощью программного обеспечения.

4.1 Регулировка времени экспозиции

Выбор времени экспозиции:
Время экспозиции может быть установлено от 1/250 до 1/4000 с. Более короткое время экспозиции (1/4000 с) подходит для сканирования быстро движущихся объектов или в условиях яркого внешнего света. В большинстве случаев оптимальным является время экспозиции, равное 1/250 с (стандартная настройка завода изготовителя).

SW 1	SW 2	Время экспозиции
вкл	вкл	1/120
выкл	вкл	1/250*
вкл	выкл	1/1000
выкл	выкл	1/4000

 

4.2 Настройка режима непрерывного и единичного измерения

SW 3	Режим запуска
вкл	единичное сканирование, активируется внешним сигналом запуска
выкл	непрерывного сканирования

 

• Режим непрерывного сканирования
В этом режиме объект сканируется непрерывно на выбранной скорости кадра (25 или 50 Гц). Значения передаются в режиме реального времени через интерфейс.

• Режим единичного сканирования
После срабатывания запускающего сигнала выполняется одно сканирование. Передача аналогового сигнала осуществляется сразу же, а цифровое значение сканированного изображения сохраняется в датчике и может быть передано по требованию (см. раздел 5.3, в котором опи-по требованию (см. раздел 5.3, в котором описано считывание данных с помощью расширенного параллельного порта (EPP).

Существует два источника запускающего сигнала:
1. Запускающий сигнал на контакте 11 15-штырькового разъема SUB-D, с уровнем ТТЛ нарастающего фронта
2. EPP-порт: команда программного обеспечения

4.3 Настройка режима непрерывного и единичного измерения

SW 4	Скорость кадров
вкл	Режим полного кадра (25 скан./с)
выкл	Режим полукадра (50 сканирований/с)

 

• Режим полукадра
50 сканирований в секунду, половинное разрешение оси X. Меньшая чувствительность к внешнему свету, регулируемое время экспозиции.

• Режим полного кадра
25 сканирований в секунду, полное разрешение оси X. Чувствительность к внешнему свету.

Примечание: Не следует менять настройки переклю чателей 5…8, так как они предназначены только для внутреннего пользования. Настройки этих переклю чателей выглядят следующим образом:

SW 5	SW 6	SW 7	SW 8
вкл*	выкл*	вкл*	вкл*

 

5. Интерфейсы

5.1 Интерфейсы

Название	Цвет	Описание
питание	зеленый	питание включено
неисправность	красный	неисправность сканера
интенсивность 1	красный	отсутствие объекта на участке
интенсивность 2	желтый	недостаточно отра- женного света из-за отражающего угла или поглощения на поверхности
исправность	зеленый	горит,если сканер исправен

 

5.2 Аналоговые выводы

Каждые 20 мс (в режиме непрерывного сканирования) выполняется одно сканирование (283 точки). Каждая точка имеет координату Z (глубина) и соответствующую ей координату X. Оба значения измеряются одновременно. Каждая из этих 283 пар значений присутствует на аналоговых выводах 64 мкс.

Обратите внимание, что изображение диапазона Z не зависит от времени и что функция Z (t) не является линейной. Чтобы получить правильное положение в диапазоне сканирования, необходимо использовать сигнал X (как в режиме осциллоскопа X-Z). Если сканер не может распознать измеряемый объект в некоторых точках, то последние действительные значения X и Z сохраняются до тех пор, пока не будут получены новые действительные значения.

Аналоговые значения могут выводиться как сигнал на пряжения (0…10 В) или, дополнительно, как сигнал тока (4…20 мА). Стробирующий сигнал применяется в начале и в конце сканирования.

====================================================

рисунок 7

====================================================

5.3 Цифровые выводы

Сканер может выдавать информацию сканирования в виде файла цифровых данных через порт EPP/PS2 (двунаправленный интерфейс принтера). Считывание данных через параллельный порт поддерживается компани ей MEL с помощью драйверов для DOS, MS-Windows 3.1x и Win 95/98/2000/NT (см. раздел 8).

Компания MEL располагает драйверами для DOS и Windows 3.1x, а также для Win 95/NT для считывания данных сканирования (см. раздел 9). Для получения более подробной информации следует обратиться за получением технического паспорта M2-EPP.DOC. Может генерироваться сигнал запроса прерывания.

Управление датчиком через порт EPP

===================================================

рисунок 8

===================================================

5.4 Сигнал ввода

При поступлении сигнала запуска начинается выполнение единичного сканирования. Отдельное измерение будет начато при переходе от низкого уровня сигнала к высокому. В ходе измерения сканер не принимает дру гих запускающих сигналов. Сигнал запуска должен соответствовать уровню ТТЛ.

Управление датчиком через порт EPP.
Через порт EPP можно управлять следующими функ-
циями:

• все функции, которые могут быть настроены с помо щью DIP-переключателей. Команды EPP перезаписывают настройку DIP-переключателей;
• регулировка интенсивности лазерного луча;
• запуск сканера по отдельным запускающим сигналам.

Программное обеспечение, которым располагает компания MEL, также содержит функции управления датчиком (см. раздел 8). Для получения более подробной информации следует обратиться за получением технического паспорта M2-EPP.DOC.

5.5 Синхронизация двух сканеров

Вариант 1: один и тот же объект под различными углами зрения
Вариант 2: синхронизация для одновременного измерения различных объектов.

Погрешность синхронизации составляет ±15 мкс. Данный режим не поддерживает внешний запуск.

=====================================================

рисунок 10

=====================================================

5.6 Обработка изображения.

Сканер M2 может иметь дополнительный вывод видеосигнала для обработки изображений. Измерение профиля и обработка изображений могут выполняется одновременно.

6. Передача данных

6.1 Передача данных сканирования на короткие расстояния.

Стандартные выводы сканера используются для передачи данных на находящиеся поблизости компьютеры. Для цифровой передачи через порт EPP максимальная длина
кабеля должна составлять примерно 2 м (рисунок 11).

=====================================================

рисунок 11

=====================================================

Дальность передачи аналогового сигнала зависит от внешних условий, и качество передачи ухудшается, если отсутствует надлежащее экранирование (рисунок 12). Следует использовать экранированный кабель. Его дли на не должна превышать 10 м на выводах напряжения от 0 до 10 В. При высокой интенсивности помех или больших расстояниях следует использовать выходные сигналы тока (4…20 мА).

=====================================================

рисунок 12

=====================================================

6.2 Передача данных на большие расстояния.

При передаче целых профилей объектов на большие расстояния вследствие высокой скорости данных требуется дополнительное оборудование (см. рисунок 13).

=====================================================

рисунок 13

=====================================================

6.3 Передача обработанных данных.

Объем передаваемых данных увеличивается только в том случае, если вместо целого профиля пересылается результат обработки (рисунки 14 и 15). Последовательная передача обработанных данных на короткие расстояния, макс. 10 м.

=====================================================

рисунок14

====================================================

Последовательная передача обработанных данных на большие расстояния, макс. 20 м.

=====================================================

рисунок15

====================================================

7. Дополнительные функции.

•Выводы тока (стандартная функция для типов 2, 3, 5, 7)
•PC 104, встроенный в сканер, в целях обработки данных
•Передача цифровых данных на большие расстояния
•Сменный защитный экран

8. Программное обеспечение.

Со сканером M2D поставляется основной программный пакет. В него включены следующие модули:

•ПО для считывания данных и управления сканером (версии для Windows и DOS):

-динамически подключаемые библиотеки (DLL) для Win 3.1x и Win 95/98/2000/NT. (В Windows NT для прямого доступа к интерфейсам требуется специальный драйвер для режима ядра). DLL имеют следующие функции:

• считывание данных,
• ручная конфигурация сканера,
• фильтрация данных.

•Примеры в Turbo-Pascal 7.0, Borland C++ и Delphi

Кроме основного поставляемого пакета программ, имеются дополнительные программные модули для подготовки и обработки данных:

• общая обработка для:
• распознавания кромок,
• измерениязазоров,
• распознавания и измерения объектов.

9. Сканер M2D-W с водяным и воздушным охлаждением

Области применения:

• сварка,
• контроль сварного шва,
• сварочные роботы,
• прокатные станы,
• судостроение.

Сканер M2D-W был разработан для использования со сварочными роботами. В целях защиты прибора от пере-грева он имеет подключения для водяного и воздушного охлаждения. Смена защитных стекол источника лазерного излучения не представляет сложности. Для дополнительного охлаждения и удаления испарений они обдуваются потоком сжатого воздуха. Используемый сжатый воздух или газ не должны содержать частицы пыли и масла.

9.1 Защита сканера от пыли и перегрева

Ниже приведено схематическое изображение того, как можно предотвратить повреждение сканера, возникающее по причине перегрева и т.п. Нагретый воздух и пыль удаляются отсасыванием. Подвижная заслонка защищает датчик от теплоизлучений (рисунок 16).

=====================================================

рисунок16

=====================================================

Официальный представитель фирмы в России - ООО"СЕНСОРИКА-М" 127474, Москва, а/я 57 тел: 487-0363 факс: (095) 487-7460 e-mail: info@sensorika.com