Phép đo tam giác trong đo lường

Độ chính xác và kết quả đáng tin cậy có mức độ ưu tiên cao nhất trong đo lường. Đây là cách duy nhất để đảm bảo rằng các thành phần đáp ứng cả tiêu chuẩn chất lượng và an toàn. Phép đo tam giác, tức là phương pháp đo khoảng cách bằng cách tính toán các góc dựa trên hình tam giác, là kỹ thuật đo lường có thể được sử dụng để ghi nhận bề mặt các vật thể. Trang này sẽ giải thích cách ứng dụng phép đo tam giác trong đo lường học, đồng thời trình bày về kỹ thuật chiếu ánh sáng cấu trúc và phương pháp mặt cắt quang học.

Trong đo lường, phương pháp tam giác hóa được dùng để đo các vật thể với sự trợ giúp của các điểm và đường laser riêng lẻ hoặc, như trong hình trên, với toàn bộ các mẫu ánh sáng. Một hoặc nhiều máy ảnh có cảm biến ghi lại góc mà ánh sáng được phản xạ từ vật thể hoặc các mẫu ánh sáng bị biến dạng trên bề mặt, cũng như độ sáng và khoảng cách. Bằng cách này, chiếu xạ ánh sáng và đo góc tạo ra hình ảnh tổng thể toàn diện về bề mặt của vật thể được đo.

Tam giác hóa đã được sử dụng ở châu Âu và châu Mỹ vào thế kỷ 17, nhưng để khảo sát đất đai. Đó là nơi mà nguyên tắc bắt nguồn. Khi khảo sát bằng tam giác đạc, một khu vực được chia thành các hình tam giác để đo khoảng cách. Đối với hình tam giác, đủ để biết các góc và đường cơ sở để dễ dàng tính toán độ dài còn thiếu bằng lượng giác.

Ngày nay, nguyên lý tam giác được ứng dụng nhiều hơn ngoài việc để khảo sát đất đai, ví dụ như trong chụp ảnh hoặc quét 3D. Trong đo lường, phép tam giác đạc chủ yếu được sử dụng để kiểm tra các thành phần. Có hai phương pháp tam giác đạc khác nhau cho mục đích này:

• Chiếu sáng cấu trúc (fringe projection)
• Tam giác laser (tam giác hóa bằng cách sử dụng phương pháp mặt cắt ánh sáng)

Tam giác đạc laser hoạt động với một chấm hoặc đường laser duy nhất được phản xạ từ vật thể đo được và sau đó được phát hiện bởi các cảm biến. Theo nguyên tắc chiếu ánh sáng có cấu trúc, một mẫu ánh sáng lớn được chiếu lên vật thể cần đo. Một hoặc nhiều camera có cảm biến ghi lại hình dạng của mẫu ánh sáng bị biến dạng trên bề mặt của vật thể. Cả hai phương pháp thường được sử dụng trong đo lường; tùy thuộc vào nhiệm vụ đo lường, một hoặc những nguyên tắc đo lường khác phù hợp hơn. Đi sâu hơn vào tam giác hóa 3D với phép chiếu laser và phép chiếu vân mờ và tìm ra phương pháp phù hợp cho dự án của bạn.

Trong phép tam giác đạc với phép chiếu vân mờ, các mẫu ánh sáng khác nhau ở dạng rìa hoặc điểm được chiếu lần lượt lên đối tượng thử nghiệm để ánh xạ hình dạng chính xác trong mô hình 3D. Để làm điều này, cần một máy chiếu và ít nhất một camera bên cạnh có cảm biến, nhưng thường là hai, được hướng vào một bề mặt phẳng. Các camera biết khoảng cách giữa chúng và bề mặt cũng như góc chiếu của mẫu ánh sáng lên vật thể. Để bắt đầu đo với phép chiếu ánh sáng có cấu trúc, đối tượng thử nghiệm được đặt trên bề mặt. Các mẫu ánh sáng được chiếu lên vật thể và biến dạng dựa trên hình dạng bề mặt. Các điểm thay đổi hoặc các vân rìa này được phát hiện bởi các camera, cung cấp thông tin cần thiết để tính toán khoảng cách từ mỗi điểm trên bề mặt trong trường quan sát. Điều này dẫn đến cái được gọi là đám mây điểm (lưới STL), tức là hình ảnh chính xác của vật thể được đo được tạo thành từ nhiều điểm đo nhỏ.

Ánh sáng được sử dụng để quét với hình chiếu vân có thể có màu xanh lam hoặc trắng. Tuy nhiên, chủ yếu, ánh sáng xanh được sử dụng để giảm nhiễu xạ và ảnh hưởng của ánh sáng xung quanh đến phép đo. Bề mặt mà mục tiêu được đặt thường có màu đen để tránh phản xạ ánh sáng.

Do tốc độ quét cao, đặc biệt là với việc thu thập đồng thời nhiều phép đo, phép chiếu ánh sáng có cấu trúc rất phù hợp cho các nhiệm vụ kiểm tra công nghiệp, chẳng hạn như:

• Kiểm soát hình dạng, vị trí và biên dạng
• So sánh diện tích, mục tiêu/so sánh thực tế
• Tính hoàn chỉnh
• Vị trí của các bộ phận trong cụm
• Vị trí cắt

Nguyên lý chiếu ánh sáng có cấu trúc cũng thường được sử dụng trong pháp y, vì nó phù hợp với cả những vật thể nhỏ nhất. Phép chiếu vân khá không phù hợp để đo các vật thể trong suốt hoặc phản chiếu mạnh.

Ưu điểm của ánh sáng có cấu trúc phép chiếu:

• Thông tin 3D khu vực với độ phân giải không đổi
• Mật độ điểm đo cao
• Tốc độ đo cao
• Thiết lập đo lường linh hoạt và di động

Nhược điểm của phép chiếu ánh sáng có cấu trúc

• Nhu cầu cao hơn về công nghệ chiếu
• Bề mặt mờ hoặc phản chiếu có thể cần xử lý trước
• Ánh sáng xung quanh có thể ảnh hưởng đến các phép đo
• Bề mặt gồ ghề làm cho việc đo khoảng cách bằng chấm laser trở nên khó khăn (các đường laser không bị ảnh hưởng)

Việc thiết lập phép đo bằng phương pháp mặt cắt ánh sáng, cũng dựa trên phép tam giác đạc, tương tự như phép chiếu ánh sáng có cấu trúc. Một vật thể đo được đặt trên một bề mặt phẳng, thường là một bàn xoay, và một máy chiếu và camera hoặc cảm biến được đặt phía trên nó. Ba điểm này tạo thành tam giác của tam giác đạc, có thể được sử dụng để thực hiện các phép tính. Tuy nhiên, so với phép chiếu rìa, trong đó mô hình các vân hoặc chấm được chiếu lên mục tiêu, phép tam giác đạc bằng laser chỉ sử dụng một chấm hoặc đường laser duy nhất. Yếu tố quyết định ở đây cũng không phải là sự biến dạng trực tiếp của ánh sáng trên bề mặt, mà là sự phản xạ của ánh sáng. Bề mặt của vật thể đo phản chiếu đường laser chiếu hoặc điểm theo hướng của máy ảnh. Camera phát hiện sự phản chiếu và tính toán khoảng cách từ mỗi điểm trong trường quan sát dựa trên góc phản chiếu.

Vì đường laser hoặc chấm chỉ chụp một phần của vật thể chứ không phải toàn bộ bề mặt trong một lần quét như với phép chiếu ánh sáng có cấu trúc, nên phải di chuyển vật thể đo hoặc cảm biến. Do đó, việc lắp đặt phép đo ổn định là điều cần thiết cho phép tam giác đạc với phương pháp mặt cắt ánh sáng để đảm bảo độ chính xác cao của phép đo.

Với nguyên lý đo lường của tam giác đạc laser, các phép đo rất chính xác có thể được thực hiện trong phạm vi micromet nhỏ nhất. Nhưng ngay cả khoảng cách lớn hơn cũng không có vấn đề gì với phương pháp mặt cắt ánh sáng của tam giác đạc. Do đó, phương pháp tam giác đạc này là một phương pháp đo lường phổ biến trong các quy trình sản xuất công nghiệp. Có thể dùng để kiểm soát chất lượng, đo biên dạng và đường viền cũng như để xác định độ dày, độ rung và khoảng cách của vật liệu. Với tam giác đạc laser, các vật thể bị lỗi có thể được phát hiện sớm và loại bỏ khỏi quy trình sản xuất để sửa chữa hoặc tái chế. Đối với các kim loại sáng bóng, phép đo bằng tam giác đạc laser thường tốt hơn so với phép chiếu rìa. Phản xạ có thể cung cấp các tín hiệu sai trong nguyên tắc đo lường với các mẫu rìa, trong khi phương pháp với laser hoạt động chính xác với phản xạ này. Các bề mặt quá sáng bóng vẫn có thể gây ra vấn đề khi đo bằng phép tam giác đạc. Nguyên tắc tam giác đạc laser cũng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp bao bì và gỗ, vận tải, công nghệ y tế và sản xuất điện tử.

Tam giác đạc laser hoạt động với ánh sáng laser xanh hoặc đỏ. Ánh sáng đỏ xuyên qua mục tiêu, trong khi laser xanh lam tạo thành một điểm hoặc đường sắc nét trên bề mặt. Ngoài ra, laser màu xanh có thể cung cấp kết quả chính xác trên các vật thể phát sáng, trong khi các cảm biến màu đỏ bị kích thích bởi các kim loại phát sáng màu đỏ và cung cấp tín hiệu sai. Đối với bề mặt tối, laser đỏ có thể cho thấy ưu điểm của chúng khi chúng cung cấp cường độ chiếu sáng cao hơn. Bề mặt gồ ghề cũng được đo bằng laser đỏ sử dụng phép đo tam giác đạc, ánh sáng xanh phù hợp hơn với bề mặt nhẵn.

Ưu điểm của máy quét laser:

• Không phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng xung quanh
• Độ chính xác cao của phép đo
• Tốc độ đo cao
• Đầu cảm biến có thể được gắn trên các hệ thống đo lường hiện có, ví dụ như trên máy đo tọa độ
• Kim loại sáng bóng có thể đo được

Nhược điểm của máy quét laser:

• Mất độ phân giải có thể xảy ra do quá trình tạo hạt và di chuyển bằng laser
• Độ tin cậy quy trình thấp, vì các phép đo phụ thuộc vào nhiệt độ
• Các vật thể sáng bóng hoặc mờ rất khó đo

Với các cảm biến tam giác đạc ATOS, bạn có thể thực hiện các phép đo cực kỳ chính xác và thu được kết quả đáng tin cậy. Hai camera và một máy chiếu cho phép các quy trình đo lường với các phương pháp chiếu ánh sáng có cấu trúc và tiết diện ánh sáng.

Bộ số hóa ATOS 3D cung cấp một chi tiết rất đặc biệt: Các cảm biến tam giác đạc phải và trái có thể được sử dụng riêng lẻ kết hợp với máy chiếu. Điều này có nghĩa là ba chế độ xem khác nhau của đối tượng đo có thể được chụp bằng một lần quét. Điều này có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian, vì số lần quét riêng lẻ giảm đáng kể, ngay cả đối với các thành phần phức tạp.

Một ưu điểm khác của phương pháp Quét ba lần này là xác định quá mức. Bằng cách chụp linh kiện bằng hai camera cùng một lúc, nhiều thông tin được thu thập hơn mức cần thiết để lập bản đồ mô hình 3D. Nhiều dữ liệu hơn có nghĩa là độ chính xác cao hơn. Cảm biến và chuyển động mục tiêu cũng như các thay đổi môi trường được phát hiện, độ chính xác chuyển đổi được kiểm tra và vị trí cảm biến 3D được theo dõi trực tiếp. Điều này cho phép thực hiện các phép đo với độ chính xác tối đa và tăng độ tin cậy của quy trình. Hình ảnh sau đây cho thấy quy trình Quét ba lần với xác định quá mức thông qua cảm biến ATOS.

Trong phép chiếu ánh sáng có cấu trúc, các cảm biến tam giác đạc ATOS hoạt động với Blue Light Technology: ánh sáng xanh dải hẹp từ bộ phận chiếu cho phép máy quét thực hiện các phép đo chính xác bất kể điều kiện ánh sáng xung quanh và thậm chí cả bề mặt sáng bóng. Nhờ hoạt động toàn diện của các cảm biến tam giác đạc, hình ảnh chính xác của vật thể được tạo ra.

Để thực hiện các phép đo với phép chiếu rìa, một mẫu viền có cấu trúc được chiếu lên đối tượng cần đo. Mẫu vân rìa được mã hóa thay đổi nhanh chóng trong quá trình quét và hầu như không nhìn thấy được bằng mắt người. Đây là nơi chức năng của máy quét ánh sáng vân rìa phát huy tác dụng. Hai cảm biến tam giác phát hiện các sọc thay đổi và sử dụng chúng để tính toán tọa độ 3D cho mỗi pixel camera bằng các phương trình biến đổi quang học. Do đó, hàng triệu điểm đo với các chi tiết nhỏ nhất được ghi lại mà không cần tiếp xúc chỉ trong vài giây. Phần mềm cảm biến tự động tạo ra một đám mây điểm có độ phân giải cao thể hiện hình ảnh chính xác của đối tượng đo.

Với sự kết hợp mạnh mẽ của cảm biến ATOS và hệ thống đo quang trắc học TRITOP, ngay cả việc kiểm tra các vật thể lớn và phức tạp cũng không thành vấn đề. TRITOP được sử dụng để đo các điểm tham chiếu trên thành phần, trong khi ATOS sử dụng các điểm tham chiếu để tự động biến đổi các phép đo riêng lẻ. Điều này dẫn đến độ chính xác rất cao và các phép đo chồng chéo có thể được phân phối phần lớn. Sự kết hợp độc đáo này đặc biệt hữu ích cho việc kiểm tra sản phẩm đầu tiên, chế tạo công cụ và thân xe trước khi sơn. Bạn cũng có thể sử dụng sự kết hợp mạnh mẽ giữa ATOS và TRITOP cho các quy trình đo lường phức tạp của mình.