Imaging 3D ottimizzato con il laser blu speckle-free Cognex

Cognex elimina l’effetto speckle delle linee laser utilizzando una tecnologia recentemente sviluppata e brevettata, ottimizzando l’imaging 3D basato sulla triangolazione. Il sistema di visione integrato In-Sight 3D-L4000 è il primo prodotto ad offrire agli utenti i vantaggi delle linee laser speckle-free.

Il metodo della triangolazione laser si è ormai affermato come la tecnologia definitiva d’elaborazione immagini 3D per di generare immagini tridimensionali ad alta risoluzione e precisione. La configurazione di base di questo metodo consiste in un laser che proietta una linea sull’oggetto da ispezionare e una telecamera montata ad un angolo noto rispetto al laser che cattura le immagini della linea laser. Muovendo l’oggetto sotto ispezione rispetto alla telecamera, per esempio con un nastro trasportatore, il contorno della superficie dell’oggetto può essere visto nelle immagini della telecamera con diverse deflessioni. Con l’aiuto di un software, le singole immagini possono essere combinate per produrre dati 3D dell’oggetto sotto forma di nuvole di punti 3D o profili di altezza, che possono poi essere analizzati ed esaminati per i difetti.

Un punto debole del metodo di triangolazione laser è da sempre dato dalle linee laser proiettate che presentano le cosiddette speckles. Questo fenomeno fisico è causato da effetti di interferenza della luce laser, che viene riflessa dalla superficie di ispezione e crea così macchie chiare e scure sul chip della telecamera o nell’occhio dell’osservatore, dove in realtà si auspica una proiezione di linee nitide. Questo crea un fastidioso disturbo d’immagine nel sistema di triangolazione laser 3D. Per questo motivo, gli sviluppatori hanno da anni cercato di ridurre lo speckle usando vari metodi, ad esempio variando la lunghezza d’onda e l’apertura della fotocamera o prendendo più immagini e poi calcolando un’immagine media. Tuttavia, gli sforzi non hanno fin qui portato a risultati granché migliori.

Con un nuovo processo brevettato, Cognex ha trovato una soluzione per eliminare la comparsa e gli effetti degli speckle ed è in grado diprodurre linee laser estremamente diritte, pulite e brillanti. “La base della nuova tecnologia è un laser blu con una lunghezza d’onda di 450 nm”, spiega Thomas Ruhnau, Director of Engineering di Cognex, che è stato coinvolto nello sviluppo del laser integrato fin dall’inizio. “Il raggio laser viene poi deviato da uno specchio microelettromeccanico con vibrazioni ultrasoniche in un piano per creare un raggio a ventaglio. Questo viene poi diretto su un diffusore ottico che ha una proprietà unica. Questo elemento ottico crea un perfetto ventaglio laser con una larghezza precisamente definita e una distribuzione dell’intensità che è assolutamente uniforme lungo la linea, eliminando la formazione di speckle nell’approccio. “

Secondo Ruhnau, l’alta qualità della linea laser generata in questo modo è assicurata anche da una speciale lente di campo che focalizza il laser a ventaglio. L’interazione degli elementi ottici permette una linea laser che non presenta una perdita di luce significativa rispetto ai generatori di linee laser convenzionali e in questo modo crea le condizioni ottimali per risultati migliori dall’elaborazione delle immagini 3D.

Un altro vantaggio della tecnologia brevettata da Cognex è che il sistema è abbastanza robusto per l’uso in ambienti industriali difficili e funziona anche entro i limiti di sicurezza per i laser di classe 2M. Questo grazie al metodo di proiezione utilizzato: poiché la linea laser viene proiettata a tutta larghezza piuttosto che disegnata da un singolo punto di luce, la luminosità della linea rimane alta mentre la quantità di luce diminuisce. Se la quantità di luce fosse sostenuta, potrebbe rappresentare un potenziale rischio per la sicurezza delle persone intorno al laser. “A causa del movimento molto veloce del laser sul diffusore ottico, non c’è una sorgente puntiforme fissa che potrebbe essere immaginata nell’occhio di qualcuno intorno al laser e causare danni”, chiarisce Ruhnau. “Questo aumenta la sicurezza per gli operatori e dunque ci sono meno esigenze di attrezzature di sicurezza”.

Cognex ha già integrato la nuova ottica laser blu speckle-free in uno dei suoi prodotti: In-Sight 3D-L4000. Il sistema di visione 3D In-Sight 3D-L4000 sfrutta questa tecnologia, consentendo agli utenti di raggiungere velocità di ispezione almeno doppie rispetto a prodotti comparabili della concorrenza. Oltre ai risultati di qualità superiore, In-Sight 3D-L4000 presenta altri vantaggi, spiega Ruhnau: “In genere, i sistemi di elaborazione delle immagini 3D richiedono un computer esterno e potente per elaborare le immagini catturate. Come sistema 3D intelligente, In-Sight 3D-L4000 è già dotato di sufficiente potenza di calcolo integrata e di strumenti di visione 3D appropriati per eseguire l’ispezione di vere nuvole di punti 3D. “

Cognex ha posto anche grande enfasi sul funzionamento intuitivo nello sviluppo dell’ambiente di programmazione associato. L’elaborazione delle immagini 3D, che prima era piuttosto difficile da realizzare, diventa notevolmente più semplice con In-Sight 3D-L4000. L’ambito funzionale degli strumenti incorporati comprende tutti quelli necessari per l’elaborazione delle immagini 3D, come le opzioni flessibili per la determinazione del piano e dell’altezza, oltre a strumenti collaudati come PatMax3D, Blob3D, 3D Geometry e molte altre opzioni. Questo rende In-Sight 3D-L4000 una soluzione efficace per l’implementazione di potenti applicazioni in numerosi segmenti industriali come la produzione automobilistica, il packaging e l’elettronica.

Cognex prevede di integrare la sua tecnologia laser speckle-free in ancora più prodotti in futuro, rivela Ruhnau: “Gli utenti beneficiano, tra l’altro, di una maggiore precisione e di velocità di ispezione eventualmente più elevate, il che aumenta l’economicità dei sistemi di visione 3D. Vediamo quindi un grande potenziale per ulteriori prodotti basati su questa tecnologia e numerosi possibili usi in una vasta gamma di campi di applicazione industriale. “

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