Systém pro kompenzaci transparentní vrstvy u systému aktivní triangulace

Transparent layer compensation system for active triangulation system

Funkční vzorek

Navržený systém řeší kompenzaci zkreslení hodnot měření vzdáleností, je-li na povrchu měřeného objektu nějaká transparentní vrstva (nejčastěji konzervační olej, mazivo, voda atd.) při použití aktivní triangulační měřicí techniky. Jelikož se světlo na rozhraní dvou prostředí láme, způsobí existence transparentní vrstvy na objektu, při použití klasického uspořádání triangulační techniky, zkreslení naměřených hodnot. Velikost zkreslení je závislá na tloušťce a indexu lomu vrstvy a na vzájemné orientaci jednotlivých prvků systému. Pokud nejsou oba parametry vrstvy známé, není při použití základního uspořádání triangulační techniky možné velikost zkreslení určit a kompenzovat ji. Proto je princip navrženého systému založen na využití dvou snímacích jednotek. Při použití dvou kamer, kdy každá sleduje laserovou stopu pod různým úhlem a tloušťku vrstvy i její index lomu lze považovat pro obě kamery v místě měření za stejné, je pak možné na základě dvou zkreslených změřených hodnot dopočítat skutečnou vzdálenost (souřadnici Z) měřeného objektu nezávisle na tloušťce vrstvy. Oba jednotlivé měřicí systémy jsou nejdříve samostatně zkalibrovány bez vrstvy. Zároveň byl navržen postup kalibrace vzájemného poměru velikosti zkreslení pro první a druhou kameru bez nutnosti znalosti parametrů vrstvy. Tato konstanta je pak použita pro výpočet skutečné vzdálenosti měřeného objektu a je tak možné vliv vrstvy kompenzovat. Výhodou je, že stejný systém lze použít i pro jiný typ úloh se dvěma neznámými, např. může být stanoven index lomu vrstvy neznámé tloušťky nebo naopak. Systém byl otestován na úloze měření výškových profilů axiálních ložisek, která jsou při měření nakonzervována vrstvou oleje.

The proposed system solves compensation of distortion values ​​of distance measurement if there is a transparent layer on the surface of the measured object (mostly preservative oil, lubricant, water, etc.) using active triangulation measuring technique. Because the light at the interface of two media refracts, the existence of the transparent layer on the object, using the classical arrangement of the triangulation technique, causes distortion of the measured values. The amount of distortion depends on the thickness and refractive index of the layer and the relative orientation of the individual elements of the system. If both layer parameters are unknown, it is not possible to determine and compensate for the amount of distortion when using the basic arrangement of the triangulation technique. Therefore, the principle of the proposed system is based on the use of two sensing units. When using two cameras, each recording a laser track at a different angle and the layer thickness and its refractive index can be considered the same for both cameras at the measuring point, it is possible to calculate the actual distance (Z coordinate) of the measured object independently on the layer thickness. Both measurement systems are first individually calibrated without the layer. Furthermore, a procedure for calibrating the distortion ratio for the first and second cameras was proposed without the need to know the layer parameters. This constant is then used to calculate the actual distance of the measured object and it is possible to compensate the effect of the layer. The advantage is that the same system can be used for other types of tasks with two unknowns, e.g. the refractive index of a layer of unknown thickness can be determined or vice versa. The system has been tested on the task of measuring the height profiles of axial bearings, which are preserved by a layer of oil during measurement.

3D vision, optical distance measurement, active triangulation, image processing, transparent layer, layer compensation

3D vision, optical distance measurement, active triangulation, image processing, transparent layer, layer compensation

ÚAMT FEKT VUT v Brně, Technická 12, Brno, T12 SE2.149

Využití výsledku jiným subjektem je v některých případech možné bez nabytí licence

2019_System pro kompenzaci transparentni vrstvy u systemu aktivni triangulace