Optiset kolmiulotteiset kuvantamismenetelmät valmistavassa teollisuudessa
Liukku, Jarno (2023)
Liukku, Jarno
2023
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-05-15
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304294881
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304294881
Tiivistelmä
3D-konenäkö luo uusia mahdollisuuksia, mahdollistaen esimerkiksi ihmisen korvaamisen aikaa vievissä tai vaarallisissa tehtävissä, sekä entistä älykkäämmän automaattisen tuotannon. Tämän tutkielman aiheena ovat valoon perustuvat kolmiulotteiset kuvantamismenetelmät, jotka mahdollistavat 3D-konenäön käyttämisen valmistavassa teollisuudessa. Työn ensimmäinen tavoite on selvittää, mitä kolmiulotteisia kuvantamismenetelmiä 3D-konenäön toteuttamiseksi on olemassa, millaisia ominaisuuksia eri kuvantamismenetelmillä on, sekä mitkä ovat kunkin menetelmän vahvuudet ja heikkoudet. Työn toisena tavoitteena on saada selville, millaisissa valmistavan teollisuuden käyttökohteissa 3D-konenäköä voidaan hyödyntää ja vertailla mihin käyttökohteisiin eri kuvantamismenetelmät soveltuvat. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja lähteinä käytettiin pääasiassa vertaisarvioituja tieteellisiä artikkeleita ja kirjallisuuslähteitä.
Kirjallisuuskatsauksen tuloksena selvisi, että tärkeimmät 3D-konenäön toteuttamiseksi olemassa olevat kuvantamismenetelmät ovat kaksikamerainen stereonäkö, valokuviomenetelmät ja laserkolmiomittaus, sekä kulkuaikamenetelmät. Muita optisia kolmiulotteisia kuvantamismenetelmiä ovat lisäksi holografinen interferometria sekä stereokuvaan perustuva fotogrammetria. Valmistavassa teollisuudessa 3D-konenäköä voidaan hyödyntää esimerkiksi mittaamisessa ja laaduntarkastuksessa, paikallaolon tarkastuksessa ja paikoituksessa, robotinohjauksessa, sekä ihmisen tai muun esteen havaitsemisessa.
Stereonäkö sopii esimerkiksi robotinohjaukseen, mutta sen rajoitteena on kuvankäsittelyn raskaus. Valokuviomenetelmien ja laserkolmiomittauksen etuna on hyvä tarkkuus, mutta menetelmien mittausetäisyys on suhteellisen lyhyt. Lisäksi usean kuvion valokuviomenetelmän heikkous on kuvantamiseen kuluva aika. Valokuviomenetelmät sopivat esimerkiksi robotin asennon tunnistamiseen ja kalibrointiin. Laserkolmiomittausta hyödyntävät laitteet voivat olla haitallisia ihmissilmälle, mikäli niiden valonlähteenä käytetään suuritehoista laserlähetintä, mutta niitä voidaan hyödyntää moniin muihin käyttötarkoituksiin. Kulkuaikamenetelmien suurin etu on kuvantamisen nopeus, mutta sen käyttöä rajoittaa teoreettisesti alhainen kuvantamistarkkuus. Kulkuaikamenetelmiä hyödynnetään esimerkiksi ihmisen havaitsemisessa ja ympäristössä navigoinnissa. Holografinen interferometria soveltuu lähinnä pienten epämuodostumien tarkasteluun, fotogrammetria vastavuoroisesti suurten pintojen tai kappaleiden kuvantamiseen. Usein kuvantamisen kannalta parhaaseen lopputulokseen päästään käyttämällä eri menetelmiä yhdessä, mutta tällöin laitteiden keskinäisen kalibroinnin merkitys korostuu.
Kirjallisuuskatsauksen tuloksena selvisi, että tärkeimmät 3D-konenäön toteuttamiseksi olemassa olevat kuvantamismenetelmät ovat kaksikamerainen stereonäkö, valokuviomenetelmät ja laserkolmiomittaus, sekä kulkuaikamenetelmät. Muita optisia kolmiulotteisia kuvantamismenetelmiä ovat lisäksi holografinen interferometria sekä stereokuvaan perustuva fotogrammetria. Valmistavassa teollisuudessa 3D-konenäköä voidaan hyödyntää esimerkiksi mittaamisessa ja laaduntarkastuksessa, paikallaolon tarkastuksessa ja paikoituksessa, robotinohjauksessa, sekä ihmisen tai muun esteen havaitsemisessa.
Stereonäkö sopii esimerkiksi robotinohjaukseen, mutta sen rajoitteena on kuvankäsittelyn raskaus. Valokuviomenetelmien ja laserkolmiomittauksen etuna on hyvä tarkkuus, mutta menetelmien mittausetäisyys on suhteellisen lyhyt. Lisäksi usean kuvion valokuviomenetelmän heikkous on kuvantamiseen kuluva aika. Valokuviomenetelmät sopivat esimerkiksi robotin asennon tunnistamiseen ja kalibrointiin. Laserkolmiomittausta hyödyntävät laitteet voivat olla haitallisia ihmissilmälle, mikäli niiden valonlähteenä käytetään suuritehoista laserlähetintä, mutta niitä voidaan hyödyntää moniin muihin käyttötarkoituksiin. Kulkuaikamenetelmien suurin etu on kuvantamisen nopeus, mutta sen käyttöä rajoittaa teoreettisesti alhainen kuvantamistarkkuus. Kulkuaikamenetelmiä hyödynnetään esimerkiksi ihmisen havaitsemisessa ja ympäristössä navigoinnissa. Holografinen interferometria soveltuu lähinnä pienten epämuodostumien tarkasteluun, fotogrammetria vastavuoroisesti suurten pintojen tai kappaleiden kuvantamiseen. Usein kuvantamisen kannalta parhaaseen lopputulokseen päästään käyttämällä eri menetelmiä yhdessä, mutta tällöin laitteiden keskinäisen kalibroinnin merkitys korostuu.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8798]