Comment fonctionnent les capteurs de déplacement laser

Les capteurs de déplacement laser, couramment appelés lasers point, mesurent un point unique à l’aide d’une réflexion triangulaire. À l’inverse, les systèmes de profilage laser mesurent une ligne entière. La précision de mesure des capteurs de déplacement laser est élevée, mais leur efficacité est faible, car les données sont collectées point par point. Les systèmes de profilage laser ont le problème inverse. Ils peuvent balayer la surface et former des contours 3D rapidement, mais leur précision est plus faible. Le choix du type de mesure laser à utiliser dépend des exigences de l’application, principalement de la précision ou de la vitesse.

Qu’il s’agisse de compter des biscuits dans un contenant à rabat, de vérifier l’alignement des panneaux d’un véhicule, ou de mesurer la position des composants électroniques sur une carte de circuit imprimé, la liste des applications de fabrication qui peuvent bénéficier d’un système de vision 3D simple d’utilisation est pratiquement illimitée.

Aujourd’hui, les concepteurs de vision industrielle 3D ont plusieurs options à leur disposition pour répondre aux besoins des applications 3D, notamment les systèmes de déplacement laser (aussi appelé lecteurs laser), les solutions stéréoscopiques ou encore celles fonctionnant sur le principe du temps de vol (ToF). Parmi ces trois ensembles de solutions, les capteurs de déplacement laser sont les plus courants. Ils constituent la solution d’acquisition de données 3D la plus rapide, la plus précise et la plus rentable pour les opérations en ligne et hors ligne.

Comparaison des systèmes de profilage, de déplacement linéaires et de déplacement matriciels

Un capteur de déplacement laser peut générer des mesures de surface 2D et 3D, notamment la hauteur, la largeur, l’angle, la surface et la position d’un objet. Les capteurs de déplacement laser sont répartis en trois types principaux : systèmes de profilage linéaires, capteurs de déplacement linéaires et capteurs de déplacement matriciels.

Les systèmes de profilage laser génèrent des coupes d’images 2D (par exemple, l’image d’un objet coupée en deux) ou des cartes de surface 3D en empilant les profils individuels pour former une image continue. Pour ce faire, les données de mouvement issues d’un encodeur qui suit l’objet analysé sont utilisées.

Carte de hauteur 2,5D (gauche) et nuage de points 3D (droite)

Les capteurs de déplacement laser vont encore plus loin dans cette opération. En effet, ils génèrent des nuages de points 3D de l’objet entier pour plus de précision et de maniabilité (à condition que le logiciel de traitement d’images ait été entièrement optimisé pour travailler dans un environnement 3D réel). Les capteurs de déplacement laser sont également montés au-dessus, et parfois en dessous, des convoyeurs pour analyser les objets qui se déplacent. Ces capteurs sont parfois fixés à l’extrémité des bras robotisés pour assurer le mouvement de balayage du capteur vers l’objet.

Enfin, certains capteurs de déplacement matriciels utilisent des micromiroirs électromécaniques (MEM) pour déplacer la lumière laser autour de l’objet plutôt que de dépendre du déplacement de l’objet par rapport au laser.

Mesure de la hauteur à l’aide de la triangulation laser

Les capteurs de déplacement laser utilisent la triangulation laser pour déterminer la hauteur d’un pixel à partir d’un plan de base étalonné (pensez à l’emplacement du zéro sur un graphique linéaire).

En fonctionnement, les capteurs de déplacement laser projettent une ligne laser sur un objet stationnaire ou en mouvement relatif. Par exemple, un capteur de déplacement linéaire comme celui utilisé dans le système de vision industrielle In-Sight 3D-L4000 peut être monté au-dessus d’un convoyeur en mouvement ou sur un bras robotisé en mouvement.

Un capteur numérique, positionné à une distance et à un angle connus par rapport au générateur de ligne laser à l’intérieur du capteur de déplacement laser, capture la lumière réfléchie. Le logiciel de triangulation laser qui fonctionne avec le capteur reconstitue la carte de surface ou le nuage de points 3D en se basant sur les changements de forme de la ligne laser projetée à mesure qu’elle se déplace sur l’objet. Le résultat est ensuite transmis aux API, aux systèmes de manutention des produits et/ou au logiciel de suivi de la production situés en aval pour qu’ils prennent les mesures nécessaires.

2D et 3D : le meilleur des deux univers

Basés sur ces principes de fonctionnement simples, les capteurs de déplacement laser sont largement utilisés pour les mesures de profil, de position et d’écart dans de nombreuses applications de fabrication industrielle, notamment :

• Présence/absence dans l’assemblage automobile
• Mesure du joint et du volume dans l’alimentaire et le conditionnement
• Inspection du jeu du moule, de l’épaisseur et de la bande dans les applications d’extrusion
• Inspection de la hauteur, de l’emplacement et des surfaces affleurantes des composants dans l’électronique et les biens de consommation conditionnés

Outre leur précision, les capteurs de déplacement laser sont rapides. Ils sont en effet capables d’acquérir des millions de points de données 3D par seconde pour construire des modèles en nuage de points 3D haute résolution. Leur capacité à travailler à de très grandes vitesses permet une mesure complète des produits qui se déplacent sur un convoyeur, éliminant ainsi la nécessité d’arrêter la ligne pour échantillonner les produits. Cela permet de réduire les coûts, d’améliorer la qualité et d’augmenter le rendement.

Les capteurs de déplacement laser les plus fiables produisent des images en niveaux de gris 2D ainsi que des nuages de points 3D. Grâce aux lecteurs laser avancés et sans granularité, les capteurs de déplacement laser de nouvelle génération disposent de l’uniformité et de la puissance optique nécessaires pour générer des images 2D de haute qualité. Ces systèmes avancés assurent un fonctionnement fiable même lorsqu’ils sont montés à l’envers sous un convoyeur où la contamination pose généralement problème aux projecteurs laser.

Ligne laser bleue sans granularité (gauche) et laser rouge avec granularité (droite)

Comme mentionné ci-dessus, la vaste gamme de mesures possibles avec les capteurs de déplacement laser modernes, associée aux programmes logiciels de vision industrielle les plus puissants et intuitifs, permet aux systèmes de profilage laser de répondre aux besoins de pratiquement toutes les applications de mesure 3D en ligne. Cela permet aux fabricants et aux constructeurs de machines d’éviter des pertes de temps et d’argent, mais aussi d’améliorer la qualité globale de leurs produits.