Nieuwe sensor laat robots transparante objecten waarnemen

Niet alleen transparante, maar ook sterk reflecterende en ‘jet-black’ objecten zijn voor robots in de praktijk lastig te detecteren. Dit beperkt de inzet van robots in sommige industriële omgevingen. Een nieuwe sensor biedt uitkomst en stelt robots in staat deze objecten nauwkeuriger in 3D vast te leggen.

De sensor is ontwikkeld door het Duitse Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering (IOF). Onder meer op grote glazen ramen zijn regelmatig stickers te vinden die vogels moeten waarschuwen en zo botsingen moeten voorkomen. Ook robots kennen dit probleem. Dit beperkt hun inzetbaar in de automatisering in industriële omgevingen. De nieuwe sensor van het Fraunhofer Institute moet uitkomst bieden.

Laserprojectie in combinatie met thermografie

De sensor heet de MWIR 3D Sensor en wordt ook ‘Glass360Dgree’ genoemd. De sensor is in staat kan reflecterende of lichtabsorberende objecten op betrouwbare wijze detecteren. Dit doet de sensor door een infrarood laserprojectie te combineren met thermografie. Glass360Dgree warmt hierbij het object lokaal op, waarna een tweetal thermische camera’s de resulterende distributie van de warmte op het oppervlakte van het object registreert. Aanvullende meethulpen of tijdelijke markeringen zijn hierbij niet nodig, in tegenstelling tot veel conventionele sensoren.

Het opwarmen vindt plaats met behulp van een CO2-laser. Met behulp van lenzen wordt een lijn op het object geprojecteerd, dat in een fractie van een seconde stapsgewijs over het object beweegt. Het object absorbeert hierbij de energie van de laser en warmt op, wat wordt geregistreerd met behulp van twee gevoelige thermische camera’s. De warmte die de laser afgeeft bedraagt hierbij over het algemeen minder dan 3 °C, waardoor geen schade ontstaat aan het object.

Software-analyse

De beelden die de thermische camera’s verzamelen worden geanalyseerd met behulp van speciaal ontwikkelde software. De software kijkt hierbij specifiek naar de warmte die de laser heeft achtergelaten naarmate het over het object bewoog. Hierbij worden twee verschillende kijkhoeken gehanteerd. Het systeem kijkt specifiek naar vervorming om zo ruimtelijke coördinaten te verzamelen. De software voegt deze data vervolgens samen tot de exacte afmetingen van het object.

Een belangrijke voorwaarde voor een effectief gebruik van een dergelijke sensor in een industriële omgeving is de snelheid waarmee objecten kunnen worden gescand. Veel productieprocessen draaien immers om een combinatie van snelheid en hoge kwaliteit. Indien het systeem foutloos meer producten per minuut produceert, vergroot dit de winstgevendheid van de productie. Dit is dan ook een belangrijke focus geweest bij de ontwikkeling van de MWIR 3D Sensor.

Samenwerking met het bedrijfsleven

“Onze onderzoeksgroep werkt al jaren samen met bedrijven uit een brede reeks productiegebieden”, zegt Dr. Stefan Heist, hoofd van de 3D Sensors-onderzoeksgroep van Fraunhofer IFO. “Onder hen bevinden zich bedrijven in de halfgeleiderindustrie, automotivesector en luchtvaart. We kijken naar gezamenlijke projecten uit het verleden en analyseren hoe onze 3D-glassensor beter resultaten had kunnen opleveren dan conventionele sensoren in diverse toepassingsgebieden.”

Heist voegt toe: “We zijn erin geslaagd drie belangrijke startpunten te identificeren om ons systeem geschikt te maken voor potentieel gebruik in een grootschalige industriële productiefaciliteit.” Het team is daarom op zoek gegaan naar de ideale balans tussen enerzijds de benodigde resolutie en details van een scan en anderzijds de duur van een meting. Ook zijn verschillende opties onderzocht voor de optische configuratie van hun 3D-sensor. Zo kunnen de onderzoekers metingen aanpassen aan de taak die wordt uitgevoerd en de beschikbare ruimte in een productiefaciliteit.

Het onderzoeksteam werkte ook nauw samen met onderzoekers van de Ilmenau University of Technology. De partijen hebben samen zij de dataverwerking van het meetsysteem geoptimaliseerd.

Auteur: Wouter Hoeffnagel