3D-gegevens met vierde dimensie voor industrie 4.0 uit hoeveelheid 1

pepperl20419 Het oorspronkelijke idee van deze nieuwe ontwikkeling komt uit de vliegtuigindustrie. Daar wordt hoge resolutie 3D-meting met laserscanners gebruikt om bijvoorbeeld componenten precies aan te sluiten. Pepperl + Fuchs toonde het potentieel van deze technologie voor toepassingen in de zin van Industrie 4.0 en bracht een andere meetdimensie in het spel.

2018 richtte samen met Lufthansa Technik en Pepperl + Fuchs in Hamburg de 3d.aero GmbH op. Het doel van de joint venture is om nieuwe automatiseringsoplossingen voor de vliegtuigindustrie te ontwikkelen en de digitalisering van de productie te bevorderen. De focus ligt onder andere op toepassingen voor optische meetapparatuur. Meerdere apparaten kunnen bijvoorbeeld worden gecombineerd met optische meettijdstechnieken om 3D-afbeeldingen van componenten en hun locaties te maken en om op basis van deze gegevens uiterst nauwkeurige, geautomatiseerde assemblage mogelijk te maken. Dezelfde technologie kan worden gebruikt om verfrobots te besturen of om de passagiersbrug voor de autodeur te plaatsen. Vanwege de gebogen romp is hun precieze benadering geen triviale taak. Tegelijkertijd moeten kleine botsingen op betrouwbare wijze worden voorkomen vanwege de strikte veiligheidsvoorschriften.

Verbonden maatwerk voor industrie 4.0

pepperl30419 Ervaring met dergelijke toepassingen gaf aanleiding tot de oorspronkelijke aanzet om de 3D-opname van objecten in de geest van Industrie 4.0 voort te zetten en hun technische mogelijkheden uitputtend te benutten, ook op informatieniveau. Als testversie is de beursbeurs "Connected Customization" gemaakt, waarbij beursbezoekers zich als "object" beschikbaar stellen. Dit wordt eerst geregistreerd door zes optische afstandssensoren uit de R2000-laserserie met behulp van de PRT-methode. Elke sensor maakt een 2D-scan van de testpersoon en de meetgegevens worden vervolgens gecombineerd tot een 3D-puntenwolk.

Pulse Ranging Technology plus 360 ° rotatie

Pulse Ranging Technology (PRT), die gebruik maakt van de R2000-sensoren, is een echte techniek voor vluchttijd. Een laserdiode zendt lichtpulsen uit met een bundeldiameter van slechts enkele millimeters. Vanaf de reflectietijd berekent de scanner de exacte afstand. De pulsen hebben een hoge energiedichtheid en leveren overeenkomstig duidelijke en nauwkeurige signalen. Dit geldt zelfs voor storende invloeden zoals reflecties, sterk vreemd licht of donkere, slecht reflecterende doelobjecten. Het apparaat verzendt 250.000-afstandsmetingen per seconde naar de controller.

IFM afstandssensor Afstandssensor met snelle vluchttijdmeetmethode

De voordelen van Pulse Ranging Technology worden aangevuld door de rotatie van de 360 ° -meetmodule. Dit cirkelt op een starre as en creëert een uniform scanvlak met vrijwel geen hoekafwijking. Zo bereikt de sensor niet alleen volledige zichtbaarheid, maar ook een hoekresolutie tot 0,071 °. De rotatiefrequentie kan oplopen tot 30 Hz, de meetsnelheid tot 54 kHz. Het detecteert betrouwbaar bewegende objecten en zeer kleine objecten. R2000-sensoren worden vaak gebruikt voor botsbescherming, afstandsbewaking in automatisch geleide voertuigen of voor het detecteren van objecten dichtbij een oppervlak. Door verschillende apparaten te combineren, kan een nauwkeurig beeld van driedimensionale contouren worden verkregen.

Vierde dimensie

Vorig jaar werd de tentoonstelling uitgebreid. Naast de sensoren zijn er extra kleurencamera's gemonteerd. Hun afbeeldingen vullen de afstandsgegevens aan met de beeldinformatie van helderheid, kleur en contrast. Deze gegevens zijn voorbeelden van een "vierde dimensie" die kan worden toegevoegd aan de 3D-afbeelding en waarde kan toevoegen om verschillende taken uit te voeren. In plaats van camera's kunnen ook andere apparaten zoals temperatuurscanners worden toegevoegd. Ze kunnen worden gebruikt om een temperatuurprofiel met hoge resolutie te maken of om het temperatuurprofiel te volgen.

Vision Sensor lost veel taken in fabrieksautomatisering op

Voor de toewijzing van de meetwaarden is de combinatie van de betrokken sensoren, inclusief nauwkeurige 3D-kalibratie, echter een beslissende vereiste. Alleen op deze manier kunnen de gegevens worden gecombineerd tot een zinvol totaalbeeld. De puntenwolk is beschikbaar voor wereldwijde toegang in de Neo Neon Cloud van de dochteronderneming Neoception van Pepperl + Fuchs. De gegevens worden geleverd in het standaard formaat Point Cloud Data (PCD). Hulpmiddelen voor het verwerken van PCD-zinnen zijn beschikbaar op internet.

Onmiddellijk gebruik op de smartphone

De tentoonstelling toont wereldwijde toegang tot gegevens en een eerste gebruik: de bezoeker kan onmiddellijk zijn 3D-afbeelding op zijn smartphone bekijken, de visualisatie neemt een augmented reality-app over die kan worden opgehaald in de app-winkels. Voor de toegang tot de gegevens wordt een QR-code gescand, met de app een scant vervolgens de positiemarkering van de expositie. Degenen die betrokken raken bij dit experiment kunnen zichzelf van alle kanten bekijken op hun eigen mobiele apparaat in 3D en in kleur. Afhankelijk van de beurs, waren er ook andere manieren om ongeveer een afbeelding 3D produceren in plexiglas of kunnen worden afgedrukt als 3D model op de cover van een aangepaste versie van de Fair magazine. Natuurlijk kunnen dezelfde gegevens ook worden gebruikt voor het invoeren van een productie- of logistiek proces.

De algehele constellatie van de tentoonstelling Connected Customization voldoet aan de drie basisvereisten voor een industriële 4.0-architectuur: ten eerste. De integratie van de betrokken apparaten biedt de horizontaal genetwerkte basis, die de werkelijkheid met grote scherptediepte weergeeft. Second. Met de verstrekking van gestandaardiseerde gegevens op internet wordt verticaal netwerken gerealiseerd. Derde. Dit creëert de voorwaarden voor een consistent engineeringproces zonder onderbreking van de media. De informatiediepte van de gegevens maakt zeer nauwkeurig afgestemde oplossingen mogelijk voor zeer complexe toepassingen, zoals machinebesturing, 3D-afdrukken of navigatie. Ze maken ook een gedifferentieerde, geïndividualiseerde productie mogelijk van batchgrootte 1.

Verbonden maatwerk - Conclusie

De tentoonstelling Connected Customization laat zien hoe hoogwaardige sensoren kunnen worden gebruikt om in realtime een diep gefocust, multi-dimensionaal beeld van de werkelijkheid te creëren. De cumulatieve meetgegevens zijn horizontaal en verticaal beschikbaar voor zowel geïntegreerde engineering als voor geautomatiseerde productieprocessen in een standaard dataformaat wereldwijd. Ze kunnen zonder beperking worden gebruikt voor toepassingen in de zin van Industry 4.0 en IoT.