Capteur pour capturer des objets transparents en trois dimensions

Le robot a la vue

Configuration de laboratoire démontrant le principe de mesure MWIR 3D. Crédit : Fraunhofer IOF

Capturer des objets transparents en trois dimensions est un défi majeur. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer d’optique appliquée et d’ingénierie de précision IOF ont développé un capteur capable de résoudre ce problème. Le système a maintenant été testé avec succès pour la première fois avec un robot. Des applications dans des processus de fabrication industrielle à grande échelle tels que l’industrie des semi-conducteurs ou l’industrie automobile pourraient être possibles. Le capteur sera présenté à la Hannover Messe Preview le 16 mars et aux salons allemands Control du 3 au 6 mai, ainsi qu’à la Hannover Messe du 30 mai au 2 juin 2022.

Les objets transparents ont leurs inconvénients : Ce n’est pas sans raison que nous avons des autocollants de silhouettes d’oiseaux sur de grandes baies vitrées afin de protéger leurs congénères réels du choc avec la barrière transparente. Tout comme ces animaux ont des difficultés à reconnaître les surfaces transparentes, les robots sont également limités dans leurs capacités : ils ne peuvent pas “voir” le verre ou d’autres “surfaces non coopératives”, c’est-à-dire des surfaces en métal brillant, extrêmement réfléchissantes ou noir de jais. Surtout dans un environnement industriel, cela a empêché l’utilisation de robots dans le passé. De nombreux projets d’automatisation stagnent car les surfaces non coopératives ne pouvaient être détectées que trop lentement ou de manière trop imprécise dans les mesures 3D.

Le capteur 3D thermographique rend les objets transparents visibles pour les robots pour la première fois

Une nouvelle technique de mesure 3D, développée par des chercheurs de Fraunhofer IOF l’année dernière, résout ce problème : le « Capteur 3D MWIR » – également appelé « Glass360Dgree » – peut détecter spatialement et de manière fiable pour la première fois des objets avec des surfaces réfléchissantes ou absorbant la lumière. Pour cela, le système combine projection laser infrarouge et thermographie : Après avoir chauffé localement l’objet à mesurer, deux caméras thermiques déterminent la répartition de température résultante à la surface de l’objet. Contrairement aux capteurs conventionnellement utilisés, le système nouvellement développé ne nécessite pas d’aides à la mesure supplémentaires ou de marquages ​​spéciaux appliqués temporairement, par exemple sous la forme de peinture (en aérosol).

Vitesse de mesure élevée pour les applications dans les processus industriels à grande échelle

Les processus de production sont souvent synonymes de rapidité et de haute qualité. Cela signifie : plus un système peut effectuer d’étapes de travail par minute sans produire de produits défectueux, plus la production est rentable. Les chercheurs de Fraunhofer IOF ont pris cette image de soi de l’industrie comme une opportunité d’adapter “Glass360Dgree” à divers scénarios de production. Ces derniers mois, les chercheurs de Jena ont réussi à augmenter la vitesse de mesure en conséquence et à optimiser les paramètres du champ de mesure.

Le robot a la vue

Le système fonctionne avec un rayonnement thermique pour la détection 3D d’objets transparents. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

“Notre groupe de recherche coopère depuis des années avec des entreprises issues d’un large éventail de domaines de production”, explique le Dr Stefan Heist, responsable du groupe de recherche “3D Sensors” chez Fraunhofer IOF. “Parmi eux se trouvent des entreprises de fabrication de semi-conducteurs, de l’industrie automobile et de l’aviation. Nous avons examiné des projets communs du passé et analysé comment notre capteur de verre 3D pourrait obtenir de meilleurs résultats que les capteurs conventionnels dans divers scénarios d’application”, explique le chercheur, qui a été travaillant vigoureusement sur de nouvelles méthodes de mesure 3D depuis des années. “Nous avons pu identifier trois points de départ clés pour préparer notre système à une utilisation potentielle dans une installation de fabrication industrielle à grande échelle.”

L’équipe a trouvé l’équilibre idéal entre le niveau de détail nécessaire à la résolution et la durée d’une mesure. Ils ont également étudié diverses options pour la configuration optique de leur capteur 3D afin d’adapter de manière variable le champ de mesure à la tâche à accomplir et à l’espace disponible dans une usine de fabrication. De plus, l’équipe dirigée par le Dr Stefan Heist et Martin Landmann, également chercheur au Fraunhofer IOF, a travaillé en étroite collaboration avec des chercheurs de l’Université de technologie d’Ilmenau pour optimiser le traitement des données de leur système de mesure. L’équipe d’Ilmenau a réussi à dériver efficacement le contrôle actif d’un robot et de ses outils respectifs à partir des données de mesure obtenues.

Une nouvelle dimension de flexibilité et de diversité

Avec sa grande flexibilité et sa versatilité sans précédent dans les propriétés des objets à scanner, “Glass360Dgree” ouvre de toutes nouvelles possibilités dans l’automatisation des processus industriels ainsi que dans la conception des produits.

Le capteur 3D thermographique utilise le rayonnement thermique et l’imagerie pour la détection 3D. Un CO à haute énergie2 laser et une configuration optique mobile avec des lentilles spéciales projettent une ligne se déplaçant en plusieurs étapes sur l’objet mesuré en quelques fractions de seconde. Tout au long de la mesure, l’objet absorbe l’énergie de la lumière laser et l’émet clairement visible aux deux caméras thermiques très sensibles.

Un logiciel spécial développé au Fraunhofer IOF analyse les images de la signature thermique laissées par la ligne infrarouge étroite sur l’objet pendant une courte période. Le logiciel utilise les deux angles de vue différents et la déformation résultante dans le motif de frange enregistré pour reconstruire les coordonnées spatiales. Il fusionne ensuite les données dans les dimensions exactes de l’objet mesuré. L’énergie thermique introduite pour l’analyse 3D est si faible que l’objet n’est pas endommagé : la différence de température entre les surfaces chauffées et non chauffées est généralement inférieure à 3 °C.

Glass360Dgree sera présenté par Fraunhofer IOF à un public spécialisé intéressé par l’automatisation et la métrologie à la foire allemande de Hanovre sur le stand commun de Fraunhofer dans le hall 5, stand A06 du 30 mai au 2 juin 2022, et à Control, le salon international des assurance qualité, du 3 au 6 mai 2022.


Système compact conçu pour des mesures de surface robotisées de haute précision


Fourni par la société Fraunhofer

Citation: Capteur de capture d’objets transparents en trois dimensions (16 mars 2022) récupéré le 16 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-sensor-capturing-transparent-dimensions.html

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