동적 범위의 20dB 부스트가 산업용 3D 스캐닝을 변화시키는 방법
일반적으로 더 멀리 스캔할수록 더 흐려집니다.
산업용 3D 스캐닝은 벽에 부딪혔습니다. 정확하게 스캔하거나 멀리 스캔할 수 있습니다. 하지만 PhoXi 3D 스캐너 Gen3는 블루 레이저 기술이나 확장된 동적 범위와 같은 수많은 개선 덕분에 이러한 한계를 극복했습니다.
최신 개선 사항 덕분에 이제 트럭 적재, 심층 팔레타이징 및 대규모 조립을 자동화할 수 있습니다.
하지만 애초에 다이나믹 레인지는 무엇입니까?
3D 스캐닝의 동적 범위란 무엇입니까
3D 스캐닝의 동적 범위는 센서가 효과적으로 캡처하고 처리할 수 있는 가장 강한 빛 신호와 가장 약한 빛 신호 간의 비율을 나타냅니다.
데시벨(dB)로 측정되는 이 사양은 특히 먼 거리에서 까다로운 장면에서 의미 있는 3D 데이터를 추출하는 스캐너의 능력을 직접적으로 결정합니다.
PhoXi 3D 스캐너와 같은 구조광 3D 스캐닝 장치에서 레이저 프로젝터는 대상 물체에 패턴을 생성하고 카메라는 반사광을 캡처하여 3D 좌표를 계산합니다.
문제는 물리학에 있습니다. 거리가 멀어질수록 투사된 빛은 역제곱 법칙에 따라 퍼지고 약해지며, 반사된 신호는 점점 희미해집니다.
다양한 소재와 질감의 오브제, 다채로운 포인트 클라우드 다양한 소재와 질감의 오브제, 노멀 거리 문제
장거리 3D 스캐닝에 반대되는 기본 물리학은 다음과 같습니다:
- 신호 저하: 빛의 강도는 거리의 제곱에 따라 감소합니다.
- 소음 간섭: 주변 광원은 구조화된 조명 패턴과 경쟁합니다.
- 노출 문제: 멀리 있는 물체에는 더 긴 노출이 필요하므로 모션 블러 위험이 증가합니다.
- 신호 대 잡음비 감소: 약한 신호는 배경 소음으로 인해 손실됩니다.
이로 인해 엔지니어가 "노출 과다 대 노출 부족 딜레마"라고 부르는 현상이 발생합니다. 멀리 있는 물체를 캡처하는 설정은 종종 근처 표면을 과포화시키는 반면, 가까운 물체에 최적화된 설정은 멀리 있는 특징을 감지하지 못합니다.
PhoXi 3D 스캐너 Gen3가 향상된 동적 범위를 달성하는 방법
PhoXi 3D 스캐너 Gen3는 신호 캡처 및 처리 체인의 모든 측면을 다루는 다중 구성 요소 엔지니어링 접근 방식을 통해 동적 범위 확장을 개선합니다.
다중 구성 요소 엔지니어링 접근 방식
1. 블루레이저 프로젝션 기술
빨간색에서 파란색 레이저 투사로의 전환은 여러 가지 물리학 기반 이점을 제공합니다.
- 파장이 더 짧은 이점: 청색 레이저 광은 적색에 비해 파장이 짧아 캡처된 데이터를 덜 방해하는 미세한 반점 구조와 스펙트럼 노이즈 패턴을 통해 노이즈가 적습니다.
- 향상된 산란: 더 짧은 파장은 더 다양한 표면에 더 효과적으로 산란되어 다양한 재료의 패턴 가독성을 향상시킵니다.
- 투사 에너지 50% 부스트: 블루 레이저 프로젝션 장치로 재설계된 세대는 동일한 레이저 안전 등급 내에서 50% 더 많은 빛 에너지를 제공하여 원거리 신호 강도를 향상시킵니다.
블루레이저의 구조광 패턴
2. 고급 5.1MP 센서 기술
새로운 센서 아키텍처에는 몇 가지 중요한 개선 사항이 포함되어 있습니다:
- 향상된 감도: 멀리 있는 물체의 약한 반사에 대한 더 나은 신호 캡처 기능
- 향상된 신호 대 잡음비: 고급 픽셀 디자인으로 소음 간섭 감소
- 확장된 동적 범위 기능: 훨씬 더 넓은 강도 범위에서 신호를 처리하기 위한 하드웨어 수준 지원
3. 높은 동적 범위 처리
장치에 직접 내장된 정교한 알고리즘은 다음을 제공합니다.
- 실시간 HDR 처리: 극단적인 신호 변화를 처리하는 고급 소프트웨어 및 센서 수준 처리
- 다중 노출 HDR: 거리가 혼합된 복잡한 장면에 대한 단일의 상세한 이미지입니다.
- 소음 억제: 간섭을 제거하면서 약한 신호를 보존하는 고급 필터링 기술
4. 최적화된 광학 시스템
광학 부품의 완전한 재설계에는 다음이 포함됩니다:
- 향상된 렌즈: 향상된 집광 효율성 및 확장된 범위에서 더 나은 초점
- 고급 광학 필터: 청색 레이저 파장 및 주변광 억제에 최적화된 필터링
- 빛 투과율 향상: 전체 광선 경로에 걸쳐 광학 손실 감소
실제 성능:최대 6미터 이상의 거리
이전 세대의 PhoXi 3D 스캐너는 최대 4미터 이상의 안정적인 스캐닝으로 업계 벤치마크를 확립했습니다.
Gen3는 스캐닝 볼륨이 열렸을 때 수십 미터에 달하는 실험적 시연을 통해 이 기능을 6미터 이상으로 확장합니다.
스캔 볼륨을 여는 방법이 궁금하십니까? Tomas Michalik의 빠른 가이드는 다음과 같습니다.
실험 결과
스캔 볼륨을 여는 것은 단지 이론적인 개념이 아닙니다. 우리는 이미 이 기술을 사용하여 실제 애플리케이션을 시연했습니다.
- 17미터 트레일러 스캔: 자동 트럭 적재 시스템은 배송 트레일러 전체에서 이물질을 성공적으로 감지합니다.
- 심층 팔레타이징 작업: 2.6m 높이 스택의 정밀도를 유지하면서 5.2m 높이에서 작동하는 시스템
- 넓은 시야각 애플리케이션: 복잡한 다중 센서 구성을 대체하는 단일 센서 솔루션
16미터 거리에서 트럭을 3D 스캔 확장된 동적 범위를 통해 애플리케이션의 이점을 얻을 수 있는 방법
1. 단순화된 시스템 아키텍처
기존 다중 센서 접근 방식:
- 정확한 보정이 필요한 여러 3D 스캐너
- 복잡한 데이터 스티칭 알고리즘
- 실패 지점 및 유지 관리 요구 사항 증가
- 초기 비용 증가 및 통합 복잡성
PhoXi Gen3 단일 센서 솔루션:
- 하나의 기기로 완벽한 서비스 제공
- 센서 간의 보정 복잡성 제거
- 하드웨어 비용 및 설치 시간 감소
- 단순화된 유지관리 절차
2. 향상된 애플리케이션 유연성
물류 애플리케이션:
- 자동 트럭 적재 검사: 17미터가 넘는 트레일러 내부를 스캔하는 기능을 통해 적재 작업 전에 이물질을 완벽하게 감지할 수 있으므로 여러 센서나 수동 검사 프로세스가 필요하지 않습니다.
- 심층 팔레타이징 시스템: 5.2미터 높이에 장착된 센서는 2.6미터 스택의 복잡한 팔레타이징 작업을 통해 협동로봇을 정확하게 안내하여 완전 자동화된 창고 운영을 가능하게 합니다.
- 대형 컨테이너 취급: KLT(토트) 조작 시스템은 얇은 가장자리에 대한 확장된 범위 스캐닝의 이점을 활용하므로 대형 산업용 로봇이 정밀도를 유지하면서 여러 레이어를 효율적으로 처리할 수 있습니다.
투명한 재료로 만든 식료품통
자동차 애플리케이션:
- 높은 곳에 장착된 쓰레기통 따기: 대형 산업용 로봇은 이제 센서가 안전 거리를 유지하면서 충돌 위험을 제거하고 운영 안전성을 향상시키는 동안 깊은 쓰레기통에서 작업할 수 있습니다.
- 측면 패널 감지: 완전한 시야 범위를 통해 장착 구멍 위치 파악 및 동시 검사 기능이 가능해 이전에는 여러 비전 시스템이 필요했던 복잡한 조립 프로세스가 단순화됩니다.
- 스탬핑 후 부품 선택: 단일 스탬핑 라인에서 다양한 부품 형상을 처리하는 데 필요한 시야를 유지하면서 센서를 스탬핑 작업으로부터 안전한 거리에 배치할 수 있습니다.
- 대형 서브프레임 검사: Giga Press 및 하이퍼캐스트 자동차 부품에는 품질 관리, 버(burr) 감지 및 치수 확인을 위한 다각적 스캐닝이 필요합니다. 이제 확장된 범위 기능을 통해 애플리케이션이 활성화됩니다.
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확장된 다이내믹 레인지는 운영상의 상당한 개선을 가져옵니다:
- 유연한 센서 위치 지정: 로봇 시스템의 안전 간격으로 인해 더 이상 스캐닝 기능이 손상되지 않습니다.
- 혼합 개체 처리: 단일 시스템으로 소형 정밀 부품과 대형 조립품을 모두 처리할 수 있습니다.
- 사이클 시간 단축: 다중 센서 조정을 제거하면 스캔 시간이 단축됩니다.
- 신뢰성 향상: 시스템 구성 요소가 적다는 것은 잠재적인 실패 지점이 적다는 것을 의미합니다.
성능 뒤에 숨은 물리학
이를 달성할 수 있는 방법을 분석해 보겠습니다.
신호 강도
20dB 다이내믹 레인지 개선은 신호 처리 능력의 극적인 향상을 의미합니다.
실질적으로 이는 유용한 신호와 배경 소음을 구별하는 센서의 능력이 약 100배 향상된 것으로 해석됩니다.
이러한 개선은 실제 세계에 직접적인 영향을 미칩니다:
- 거리 기능: 4미터에서 6미터 이상까지 안정적인 스캐닝이 가능합니다.
- 신호 견고성: 전체 확장 범위에서 정밀도 유지
- 다양한 소재: 원거리의 까다로운 표면에서의 성능 향상
주변광 억제 통합
확장된 다이내믹 레인지는 Photoneo의 ALS(주변광 억제) 3.0 기술과 시너지 효과를 발휘합니다. 조합을 통해 다음이 가능해집니다:
- 실외 스캔 기능: 직사광선 조건은 더 이상 안정적인 3D 데이터 캡처를 방해하지 않습니다.
- 가변 조명 허용치: 작동 기간 동안 주변 조건이 변화하더라도 시스템은 성능을 유지합니다.
- 다중 환경 유연성: 단일 구성은 다양한 조명 시나리오에서 안정적으로 작동합니다.
기술적 구현에서는 영리한 센서 작동 기술과 처리 알고리즘을 사용하여 주변광의 영향을 몇 배나 줄일 수 있습니다.
환경 조명 간섭을 효과적으로 "끄게" 됩니다.
직사광선에서 수행된 상자의 야외 3D 스캔 – PhoXi 3D Scanner Gen3 업계 애플리케이션 및 사용 사례
물류 및 창고
- 트레일러 검사 시스템: 자동화된 트럭 적재 작업에서는 적재가 시작되기 전에 트레일러가 비어 있는지 확인해야 합니다. PhoXi Gen3는 17미터 길이의 배송 트레일러 전체를 스캔할 수 있어 여러 센서나 수동 검사 프로세스가 필요하지 않아 운영 효율성이 크게 향상됩니다.
- 고급 팔레타이징 작업: 심층 팔레타이징 시스템은 확장된 범위 기능을 통해 큰 이점을 얻습니다. 작업 위로 5.2미터 높이에 장착된 센서는 안정적인 팔레트 구성에 필요한 정밀도를 유지하면서 복잡한 스태킹 작업을 통해 협동 로봇을 안내할 수 있습니다.
- 소포 처리: 대량 물류 작업의 빠른 치수 측정 및 결함 감지 시스템에는 동일한 스캔 용량 내에서 매우 다양한 크기의 패키지를 처리할 수 있는 유연성이 필요합니다. 확장된 동적 범위는 혼합 크기 작업을 위한 단일 센서 솔루션을 가능하게 합니다.
- 혼합 팔레타이징: 혼합 팔레타이징 작업의 다각적 스캐닝 요구 사항은 빨간색과 파란색 센서를 동시에 사용하여 전체 범위를 유지하면서 스캐닝 시간을 50% 단축하는 기능의 이점을 누리고 있습니다.
6미터 깊이 범위의 밝고 어두운 물체에 대한 다채로운 3D 스캔, 포인트 클라우드 법선 자동차 제조
- 깊은 빈 선택: 깊은 용기를 사용하여 작업하는 대형 산업용 로봇에는 안전 거리에 센서를 배치해야 합니다. 확장된 범위 기능은 센서가 작업 영역보다 훨씬 위에 장착된 경우에도 정밀도와 완전한 시야 범위를 유지합니다.
- 대형 부품의 품질 검사: Giga Press와 하이퍼캐스트 자동차 부품은 새로운 차원의 제조 과제를 제시합니다. 이러한 대형 단일 부품 주조에는 버, 치수 정확도 및 표면 품질에 대한 포괄적인 검사가 필요합니다. 확장된 범위의 센서를 사용한 다각적 스캐닝으로 완벽한 품질 검증이 가능합니다.
- 복잡한 부품 현지화: 측면 패널 감지 및 유사한 응용 분야에서는 전체 구성 요소 형상에 대한 인식을 유지하면서 특정 기능(장착 구멍)의 위치를 파악해야 하는 경우가 많습니다. 확장된 범위와 향상된 완성도는 이전에 단일 센서로는 불가능했던 포괄적인 이해를 가능하게 합니다.
- 조립 확인: 대형 자동차 어셈블리에는 활성 생산 장비로부터 안전한 거리를 유지하면서 완전한 기하학적 관계를 포착할 수 있는 검증 시스템이 필요합니다.
새로운 애플리케이션
- 태양광 패널 검사: 확장된 다이내믹 레인지와 주변광 억제 기능이 결합되어 이전에는 구조화 조명 시스템으로는 불가능했던 실외 검사 애플리케이션이 가능해졌습니다.
- 철도 산업 애플리케이션: 열차 바퀴 검사 및 팬터그래프 모니터링 시스템은 정확한 기하학적 데이터를 캡처하는 동시에 안전한 거리를 유지하는 기능의 이점을 누리고 있습니다.
구현 작동 방식
간편한 통합 기능
PhoXi Gen3는 사용자 친화적인 인터페이스를 통해 확장된 범위 기능에 액세스할 수 있게 해줍니다.
원클릭 교정 볼륨 확장: "보정 볼륨 열기" 기능을 사용하면 사용자는 다음을 통해 액세스할 수 있는 버튼 클릭 한 번으로 기본 매개변수 이상으로 스캔 범위를 확장할 수 있습니다.
- PhoXi 제어 그래픽 사용자 인터페이스
- API 통합
- GigE Vision 프로토콜
유연한 구성 옵션: 다양한 해결 옵션을 통해 이전 세대의 기존 사용자는 익숙한 작동 매개변수를 유지하면서 업그레이드할 수 있습니다. 새로 설치하면 확장된 기능을 최대한 활용할 수 있습니다.
시스템 설계 이점
장착 유연성: 확장된 범위 기능은 센서 위치 지정에 상당한 유연성을 제공하여 다음을 가능하게 합니다.
- 로봇 시스템 주변의 안전 간격 최적화
- 센서 장착 시스템의 기계적 복잡성 감소
- 유지보수 및 서비스 접근성 향상
확장 가능한 아키텍처: 시스템은 대부분의 응용 분야에 대해 단일 센서로 구성할 수 있으며, 가장 까다로운 시나리오에서는 다중 센서 구성을 사용할 수 있습니다. 빨간색과 파란색 레이저 옵션을 사용하면 간섭 없이 진정한 동시 스캔이 가능합니다.
