Laserowy skaner obiektów 3D.

Transkrypt

1 Laserowy skaner obiektów D. Włodzimierz Lipert..0.0 Założenia. Wykonanie skanera laserowego w skład którego będą wchodzić: laser linijkowy; kamera z interface-em USB; sterowana platforma obrotowa; układ z mikrokontrolerem, sterujący pracą platformy obrotowej(rs/usb); oprogramowanie dla komputera PC; Harmonogramprac , zaprojektowanie: platformy obrotowej przy pomocy oprogramowania CAD; sterownika mikroprocesorowego; oprogramowania dla komputera PC( system Linux);.0.0: wykonanie pcb i zlutowanie sterownika mikroprocesorowego; napisanie oprogramowanie dla mikrokontrolera; 0.0.0: wykonanie platformy obrotowej, i mocowania lasera linijkowego; napisanie programu dla komputera;.0.0: podłączenie sprzętu i jego testy/debugowanie; 0.0.0: końcowe poprawki i oddanie projektu;

2 Idea Idea działania skanera laserowego jest bardzo prosta i opiera się na podstawach geometrii, mianowicie podczas kiedy wiązka lasera pada na obiekt zostaje odbita itrafianaobraz(kamera). Znającdokładnykątpodjakimjestustawiona płaszczyzna lasera, względem kamery, możemy wyliczyć, na podstawie triangulacji, współrzędne obiektu w przestrzeni, jako punk przecięcia płaszczyzny lasera z prostą wychodzącą w kierunku odebranej wiązki lasera( na obrazie ). Płaszczyzna wiązki lasera jest jednoznacznie zdefiniowana przez dwa wektory orientacji lasera i odległość pomiędzy kamerą a źródłem wiązki. Więcej informacji na temat stereowizji, triangulacji i kalibracji kamery można uzyskać z materiałów do wykładu Systemy Wizyjne autorstwa dr. inż. Marka Wnuka dostępne pod adresem[]. Urządzenia zastosowane w projekcie kamera firmy Logitech Communicate STX o matrycy 000 pikseli i możliwości przechwytywania do 0 klatek/s; stół obrotowy własnej konstrukcji, napędzany przy pomocy silnika krokowego i przekładni ślimakowej. Rozdzielczość z silnikiem krokowym to 0.0 stopnia( 0 działek); laser linijkowy, dioda laserowa pochodzi z poziomicy laserowej, obudowa soczewki skupiającej i rozpraszającej( tworząca linie) wykonana we własnym zakresie; lawa i wsporniki, umożliwiające zamontowanie stołu obrotowego i kamery, wykonane we własnym zakresie;. Sterownik stołu obrotowego i lasera Sterownik został zrealizowany w oparciu o mikrokontroler MCHC0JB firmy Freescale( otrzymałem jako próbkę:)). Na pokładzie sterownika znajduje się układ przekształtnika napięć z TTL na EIA/TIA- umożliwiający komunikację przez interfejs RS z pokładowymi modułami mikrokontrolera SCI i MON0. MON0 służy także do debugowania i programowania pamięci flash. Do sterowania silnikiem krokowym zastosowałem układ ULN0A, który po zmodyfikowaniu( połączenie kanałów w ) może sterować obciążeniem wymagającym nawet A. Do dyspozycji użytkownika są także diody LED- SMD, które są bardzo pomocne przy diagnozowaniu oprogramowania bez debuggera. Sterownik lasera został zrealizowany na osobnej płytce drukowanej, jego głównym zadanie jest stabilizacja napięcia.v i możliwość włączania i wyłączania lasera. Schematy elektryczne jak i projekty obwodów drukowanych są załączone do sprawozdania. Pomiar Aby precyzyjnie wykryć odbicie wiązki laserowej zdecydowałem się na pomiar różnicowy, czyli przy włączonym i wyłączonym laserze, ma to swoje wady

3 w postaci x dłuższego czasu skanowania obiektu, jednak zalety są ogromne, ponieważ uniezależniamy się od wpływu zakłóceń zewnętrznych( chwilowe przebłyskiświatłaitp...). Oprogramowanie. Oprogramowanie dla MCHC0JB Program został napisany w języku C przy pomocy środowiska CodeWarrior. (darmowawersjadokbkodu)dlaplatformywindowz:(.pouruchomieniu zasilania program sterownika czeka na komendy otrzymane przez interfejs SCI, który jest połączony z portem RS komputera PC. Niestety interfejs USB sterownika nie został jeszcze oprogramowany. Komendy mają prostą formę i są wpostaci: [ ilość-kroków; kierunek; prędkość; laser-włącz/wyłącz].. Oprogramowanie dla PC Program umożliwiający sterowanie, przetwarzanie i wizualizację danych pomiarowych został zrealizowany w oparciu o biblioteki OpenGL, GLUT, OpenCV. Aby rozpocząć skanowanie należy uruchomić z odpowiednimi przełącznikami. Kod źródłowy jest przenośny pomiędzy systemami typu UNIX, został dołączony do sprawozdania. PostFactum Założenia projektowe zostały zrealizowane, jest jednak dużo rzeczy które można usprawnić, pierwszą z takich rzeczy jest program do wizualizacji danych, tak aby można było uzyskach siatkę obiektu. Niewątpliwie najważniejszą rzeczą jaką trzeba jeszcze wykonać jest kalibracja kamery, bez niej nie możliwe jest poprawne odwzorowanie brył z dużą precyzją. Po kalibracji precyzja jaką można uzyskaćto0.-0.mm. Literatura [] mw/docs/are.htm

4 + + +0V OUT_A OUT_B OUT_C OUT_D PTE/D- PTE/D+ Reset Circuit Voltage Regulator USB Interface xa Load Driver RXD TXD OSC OSC MHz Oscilator SUPPLY RS Level Shifter MON0 + SCI RESET RESET OSC OSC IRQ RXD TXD PTA PTA PTA PTA PTA PTA PTA PTA PTA PTA0 PTA PTA PTD PTD PTD PTD PTD PTD PTD PTD PTD0 PTD PTE0 PTE PTE PTE PTE PTA0 PTA PTA PTE PTA IRQ +0V PTA B B B B B B B B C C C C C C C C DRV COM 0 C C C C C C C C R R R DBF-MON0 D C+ C- C+ C- TIN TIN 0 ROUT ROUT VS+ VS- TOUT TOUT RIN RIN SHIFTER DBF-SCI Q OUT- OUT- OUT- OUT- VI VO IC C IN IN OUT OUT C0 SUPPLY- SUPPLY- C VSS OSC OSC PTD /IRQ PTE/TCH0 PTA/KBA PTA/KBA 0 PTE0/TCLK /RST PTE/D+ PTA0/KBA0 PTA/KBA PTA/KBA PTA/KBA PTC/RXD PTA/KBA PTA/KBA PTE/TCH0 PTE/D- PTD PTD PTD 0 PTC0/TXD VREG VDD PTD0 PTD U$ C C C LED LED LED LED R R R R R R R0 R R JP JP JP ULN0A 00nF 00nF 00nF pf 00nF pf 00nF 00nF 0M R R BAS0 MAX MHz 0T 00uF 00nF 00nF MCHC0JB 00nF 00nF 0R 0R 0R 0R 0k 0k 0k 0k 0k

5 C C D C B C A C 00 W.Lipert, F0 F0, R Q DBF-SCI JP JP OUT DBF-MON0 IC USB C DRV SUPPLY C JP C C C C R R C C C0 SHIFTER D U$ C LED LED LED R R R LED R0 R R R R R

6 + + + VIN VIN SHDN\ PWRGD CDELAY VOUT VOUT US-V X- X- X- X- X- C C VI VO US-V R ON/OFF C C C MCP +V nF nf L0 00k 00uF 00uF 0uF +V

7 US-V L0 X C 0uF 00nF --0 C ON/OFF US-V C 00uF nf 00k MCP R C uF C X