5 İki Boyutlu Algılayıcılar

Transkript

1 65 5 İki Boyutlu Algılayıcılar 5.1 CCD Satır Kameralar Ölçülecek büyüklük, örneğin bir telin çapı, objeye uygun bir projeksiyon ile CCD satırının ışığa duyarlı elemanı üzerine düşürülerek ölçüm yapılır. Uygun bir objektifin seçimi ile obje izdüşüm ölçeği uzun mesafelere kaydırılabilir. Bu sayede uzak mesafelerden yönlendirme yapılabilir. CCD satır üzerindeki uzunluk ölçme doğruluğu her bir elemandaki ışığa duyarlı yüzeyin dönüklüğü ile ve kullanılan objektifin izdüşüm hatası ile ilişkilidir. Çözünürlüğü artırmak için resim işleme gibi enterpolasyon yöntemleri kullanılmaktadır. Satır kamera sistemi, CCD satırı, izdüşüm optiği, aydınlatma düzeneği ve değerlendirme sisteminden oluşmaktadır. Kamera sistemi, aydınlatma düzeneğinin konumuna göre üstten veya alttan aydınlatmalı sistem seklinde ikiye ayrılmaktadır. Alttan aydınlatmalı sistemde obje aydınlatma düzeneği ile kamera arasında bulunmaktadır. Yani objenin gölgesi değerlendirilmektedir. Üsten aydınlatma sisteminde aydınlatma düzeneği ile kamera objenin üzerinde bulunmaktadır. Bu yöntemde obje üzerinde oluşan kontras farkı değerlendirilmektedir. Sistem çözünürlüğü CCD satırındaki foto elemanların (pixel) sayısına bağlıdır pixelli CCD satırlar bulunmaktadır. Ölçü çözünürlüğü resim işleme yöntemi gibi özel algoritmaların kullanılmasıyla 10 kez artırılabilmektedir. Obje Aydınlatma Şekil 5.1 CCD Satır Kamera

2 66 CCD Satır Kameralar Güçlü Yanları: Yüksek ölçü doğruluğu Otomatik ölçü yapabilme Bir çok kamera sistemi kullanabilme Tarama ile 2 boyutlu ölçüm Zayıf Yanları Karışık teknoloji Dış ışıklara karşı hassasiyet Ekonomik olmaması 5.2 CCD Alan Kameralar Alan kameralar CCD Arrays ile donatılmıştır. Bu kamera sistemi CCD satır kameraların bir araya getirilmesi ile oluşturulmaktadır. Algılayıcılı yüzeydeki ışığa duyarlı eleman sayısı 500x500 ile 2000x2000 pixel arasındadır. Böyle bir kamera sistemi ile yüzeysel bir objenin alımı yapılır ve resim değerlendirme yöntemi ile ölçülür. Kullanılan objektifin odak uzaklığını ayarlamak mümkün olmasına rağmen sınırlı pixel sayısından dolayı bir çok uygulamada ulaşılabilen konum çözünürlüğü yeterli değildir. Şekil 5.2 CCD Alan Kamera

3 Computer Aided Positioning System (CAPSY) Spectra Physics firmasının ürettiği iki boyutlu ölçme sistemi CAPSY açı ölçme yöntemiyle çalışmaktadır. Yatay düzlemde dönebilen bir lazer ışını yansıtıcı folyeden oluşan hedef işaretine gönderilmekte ve lazer başlığının içinde gönderici ile beraber dönen alıcı tarafından alınmaktadır. Hedef işareti olarak kullanılan yansıtıcı düşey barkodlu çizgilerden oluşmaktadır. Sabit bir açısal hız ile dönen lazerin kullanılması ile iki hedef işareti arasındaki açı zaman farkından belirlenebilir. Ölçü yapılacak yerde en az üç hedef işaretinin bulunmasıyla CAPSY Şekil 5.3 de görüldüğü gibi α ve β açılarını ölçebilmektedir. Şekil 5.3 CAPSY ölçü sistemi Hedef işaretlerinin lokal bir koordinat sisteminde koordinatlarını hesaplayabilmek için CAPSY de yönlendirme programları mevcuttur. Bunun için ölçü bölgesinde en iki tercihen üç sabit noktaya gereksinim vardır. CAPSY bu sabit noktalardan hedef noktalarına yapılan açı ölçümlerinden ileriden kestirme yöntemi ile hedef işaretlerinin koordinatlarının hesaplamaktadır. R 3 α β R 1 Baz R 2 x Şekil 5.4.CAPSY ile yönlendirme ölçümü

4 68 CCD Satır Kameralar Hedef işaretlerinin yerlerini değiştirmemek koşulu ile aletin yeri değiştirilebilmektedir. Bu durumda CAPSY aletin yeni yerini bu kez geriden kestirme yöntemiyle hesaplamaktadır. Böylelikle farklı ölçü bölgeleri arasında aynı bir koordinat sisteminde bağlantı kurulabilmektedir. Uygun kod sistemi ile 20 farklı hedef işareti oluşturulmakta ve her bir ölçüm periyodunda 20 farklı hedef işareti kullanılmaktadır. CAPSY ölçüm sırasında barkodlu hedef işaretlerini tanımakta (numaralandırmakta) ve o hedef işaretine koordinat vererek kaydetmektedir. Dikkat edilmesi gereken konu bir hedef işaretinin bir kez daha kullanılmamasıdır. Ölçülerin değerlendirilmesinde en uygun üçgen geometrisi ve noktalar kullanılmaktadır. Ortalama ile değerlendirme ve ya açıların dengelemesi söz konusu değildir. CAPSY sistemi ile baz konumu ve uzunluğu, sabit noktaların konumunun uygun olması durumuna göre ±3mm hassasiyetle koordinat belirlemek mümkündür. 5.4 Işık Kesit Yöntemi Bu yöntemde ölçülecek obje bir ışık perdesi ile aydınlatılmaktadır. Işık perdesi ya uygun optik sistem ile statik ya da titreşen veya döner bir ayna ile kinemetik olarak üretilmektedir. Bir baz mesafesinde yerleştirilmiş olan alıcı optik sistem yüzeyden yansıyan ışınları almaktadır. Alıcı sistem bir boyutlu CCD satırı yada iki boyutlu CCD Array olabilir. Sayısal görüntü işleme yöntem kullanarak aydınlatma gücü dağılımı ile her bir algılayıcı satırda objeye olan uzunluk elde edilir. Alıcı sistem n satırdan oluşuyorsa aydınlatılan yüzey boyunca n uzunluk ölçümü yapılır. Sistemin ölçü alanı, baz uzunluğuna bağlı olarak 1mm ile 1m arasındadır.

5 69 Işık Kaynağı CCD Kamera Gönderici Mercek Alıcı Mercek Ölçü Objesi Şekil 5.5 Işık kesit Yöntemi 5.5 Işık Gölge Yöntemiyle Aliynman Doğrultusunun Algılanması Bu yöntemde ışık kaynağından üretilen ve mercekler tarafından yönlendirilen ışık demeti gergin bir tel üzerine düşmektedir. Gergin telin gölgesi ışığa hassas bir CCD satırı üzendeki her bir piksel deki ışık yoğunluğundan telin konumu algılanma doğrultusunda belirlenebilir. Işık Kaynağı Mercek Gergin Tel CCD Satır Algılayıcı Işık Yoğunluğu Şekil 5.6 Işık gölge yöntemi

6 70 CCD Satır Kameralar 5.6 Opik İzdüşüm Yöntemiyle Aliynman Doğrultusunun Algılanması Bu yöntemde ışık gölge yöntemine ilave olarak bir optik sistem eklenmiştir. Optik izdüşüm yönteminde aliynman doğrultusu (tel) yeni optik sistem ile CCD satır algılayıcı üzerine iz düşürülmektedir. CCD satır üzerindeki iz düşümden telin konumundaki değişimler belirlenmektedir. Işık Kaynağı Gergin Tel CCD Satır Algılayıcı Şekil 5.7 Optik izdüşüm yöntemi Fakat telin optik iz düşürülmesiyle optik eksen yönündeki konum değişimleri algılayıcı CCD satırı üzerindeki tel görüntüsünün konumunu etkilemektedir. Bu bozukluk etkisi telesentrik izdüşüm ile yok edilebilir. İzdüşüm objektifinin odak noktasına yerleştirilen diyafram ile iz düşümde sadece eksene paralel ışınların kullanılması sağlanmaktadır. CCd algılayıcısının objektif ile arasındaki mesafe değişmediğinde optik eksen boyunca hareket eden telin görüntüsü CCD algılayıcı üzerine net olmamakta fakat telin görüntüsü CCD algılayıcı üzerine konumu ve büyüklüğü değiştirmemektedir. Objektiv CCD Algılayıcı Şekil 5.8 Telesentrik izdüşüm