Shape-from-Shading
Hinweis
Weitere Informationen zur Implementierung einschließlich Softwarebeispiele finden Sie weiter unten unter Verwandte Themen.
Bei der Qualitätsprüfung von Oberflächen liegen die Schwerpunkte in der Erkennung von nicht tolerierbaren Formabweichungen und von definierten Strukturen. Um beide Aufgaben in kurzer Zeit und mit ausreichender Robustheit zu lösen, empfiehlt es sich, die Teile aus verschiedenen Richtungen zu beleuchten und Bilder der entstehenden Schatten aufzunehmen und zu verarbeiten. Dieser Ansatz heisst „Shape-from-Shading“ (SfS).
Die CX.I-Kameras verfügen über vier separat schaltbare Power-Ausgänge mit Pulsbreitenmodulation und einer Ausgangsleistung von bis zu 120 W (max. 48 V / 2,5 A). In Kombination mit dem Sequencer ermöglichen diese vier Ausgänge eine einfache Realisierung einer Quadranten-Lichtsteuerung für Shape-from-Shading.
Parametrierung der Ausgänge
Die vier Ausgänge der Kamera müssen auf den jeweiligen Quadranten der Beleuchtung eingestellt werden. Um Fehler zu vermeiden, sollten für alle vier Quadranten identische Einstellungen verwendet werden.
Hinweis
Beachten Sie bitte die allgemeinen Hinweise zur Inbetriebnahme, der maximalen Belastbarkeit und Konfiguration der Outputs im User Guide der Kamera (Baumer_UsersGuide-VCX*_MNL.pdf).
Neueste Software und Technische Dokumentationen sind verfügbar unter: www.baumer.com/c/42957/products
Beabsichtigtes Verhalten der Kamera
Für Shape-from-Shading wird die Kamera in den Triggermode versetzt. Anschliessend werden bei jedem eingehenden Triggersignal vier Bilder aufgenommen.
Für jedes aufgenommene Bild wird durch die Ausgänge der Kamera jeweils in einem Quadranten die Ringbeleuchtung aktiviert.
Verhalten der Kamera für Shape-from-Shading
Timing-Diagramm für Shape-from-Shading
Konzept für den zeitlichen Ablauf der Sequenz
Unter Berücksichtigung der Sequencer-Grundlagen stellt sich die Parametrierung des Sequencers für Shape-from-Shading wie folgt dar:
- Da die erste Bildaufnahme durch einen Hardware-Trigger gestartet wird und die anderen drei Bilder unmittelbar danach automatisch erfasst werden, ist ein „Idle-Set“ (Leerlauf-Set) unvermeidlich.
- Da jedem Bild eine separate Beleuchtung zugewiesen wird, muss die Beleuchtungssteuerung über mehrere Sequencer-Sets erfolgen:
o Das erste Sequencer-Set aktiviert die Beleuchtung mit Beginn der Belichtungszeit.
o Im zweiten Sequencer-Set wird die Beleuchtung am Ende der Belichtungszeit deaktiviert.
Implementierung
Da die Sequenz durch einen Trigger gestartet werden soll, muss eine TriggerSource definiert werden. In diesem Beispiel ist dies Line0, über die das Trigger-Signal eingeht.
Ausgänge / Beleuchtungssteuerung
Die Zustände der einzelnen Ausgänge (Lines) sind in der Kamera binär abgebildet. Die Parametrierung ist hexadezimal.
| Line 7 | Line 6 | Line 5 | Line 4 | Bin Wert | UserOutputValue (Hex Wert) |
alle Lines OFF | 0 | 0 | 0 | 0 | 0000 | 0 |
Line4 ON, andere Lines OFF | 0 | 0 | 0 | 1 | 0001 | 1 |
Line5 ON, andere Lines OFF | 0 | 0 | 1 | 0 | 0010 | 2 |
Line6 ON, andere Lines OFF | 0 | 1 | 0 | 0 | 0100 | 4 |
Line7 ON, andere Lines OFF | 1 | 0 | 0 | 0 | 1000 | 8 |
alle Lines ON | 1 | 1 | 1 | 1 | 1111 | F |
Sequencer-Set 0
Das erste Sequencer-Set kann als Leerlauf-Set betrachtet werden. Hier wartet die Kamera auf den eingehenden Trigger und die Beleuchtung ist deaktiviert (UserOutput Value = 0). Die steigende Flanke des Triggersignals wird genutzt, um die erste Belichtung zu starten und zum zweiten Sequencer-Set zu wechseln.
Sequencer-Set 1
Im zweiten Sequencer-Set ist der TriggerMode deaktiviert. Die ansteigende Flanke des ExposureActive-Signals des ersten Bilds wird genutzt, um zum nächsten Sequencer-Set zu wechseln.
Sequencer-Set 2
In diesem Sequencer-Set wird der Ausgang Line4 und damit die Beleuchtung des Quadranten A aktiviert. (UserOutputValue wird auf 1 gesetzt). Die fallende Flanke des ExposureActive-Signals des ersten Bildes wird genutzt, um zum nächsten Sequencer-Set zu wechseln.
Sequencer-Set 3
Dieses Sequencer-Set dient dazu, um die Beleuchtung des Quadranten A am Ende der ersten Belichtung zu deaktivieren.
Sequencer-Set 4
In diesem Sequencer-Set wird der Ausgang Line5 und damit die Beleuchtung des Quadranten B aktiviert. (UserOutputValue wird auf 2 gesetzt). Die fallende Flanke des ExposureActive-Signals des zweiten Bildes wird genutzt, um zum nächsten Sequencer-Set zu wechseln.
Sequencer-Set 5
Mit diesem Sequencer-Set wird die Beleuchtung des Quadranten B am Ende der zweiten Belichtung deaktiviert.
Sequencer-Set 6
In diesem Sequencer-Set wird der Ausgang Line6 und damit die Beleuchtung des Quadranten C aktiviert. (UserOutputValue wird auf 4 gesetzt). Die fallende Flanke des ExposureActive-Signals des dritten Bildes wird genutzt, um zum nächsten Sequencer-Set zu wechseln.
Sequencer-Set 7
Mit diesem Sequencer-Set wird die Beleuchtung des Quadranten C am Ende der dritten Belichtung deaktiviert.
Sequencer-Set 8
Im letzten Sequencer-Set wird der Ausgang Line7 und damit die Beleuchtung des Quadranten D aktiviert. (UserOutputValue wird auf 8 gesetzt). Die fallende Flanke des ExposureActive-Signals des vierten Bildes wird verwendet, um zum Sequencer-Set 0 zu wechseln.
Ergebnis
Die vier aufgenommenen Bilder des zu prüfenden Objektes werden nacheinander an einen Computer gesendet und dort zu einem Bild verrechnet. Mit diesem Bild können die Qualitätsprüfung der Oberfläche sowie die Erkennung von nicht tolerierbaren Formabweichungen und definierten Strukturen erfolgen.
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