CONTROL DEL CARRIL LINEAL Y CALIBRACION DE UNA CAMARA CCD EN LA ADQUISICION 3D DE PIEZAS...
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CONTROL DEL CARRIL CONTROL DEL CARRIL LINEAL Y CALIBRACION LINEAL Y CALIBRACION DE UNA CAMARA CCD EN DE UNA CAMARA CCD EN LA ADQUISICION 3D DE LA ADQUISICION 3D DE PIEZAS INDUSTRIALES PIEZAS INDUSTRIALES
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CONTROL DEL CARRIL CONTROL DEL CARRIL LINEAL Y LINEAL Y
CALIBRACION DE UNA CALIBRACION DE UNA CAMARA CCD EN LA CAMARA CCD EN LA ADQUISICION 3D DE ADQUISICION 3D DE
PIEZAS INDUSTRIALESPIEZAS INDUSTRIALES
MANEJO DEL CARRIL LINEALMANEJO DEL CARRIL LINEAL
CONTROL DE MOTORESCONTROL DE MOTORES
LUZ ESTRUCTURADALUZ ESTRUCTURADA
LA CAMARA PAN-TILTLA CAMARA PAN-TILT
ADQUISICION DE SEÑAL DE VIDEO ANALOGICOADQUISICION DE SEÑAL DE VIDEO ANALOGICO
CALIBRACION DE UNA CAMARA MEDIANTE CALIBRACION DE UNA CAMARA MEDIANTE MATLABMATLAB
MANEJO DEL CARRIL LINEALMANEJO DEL CARRIL LINEAL
Vista general del sistemaVista general del sistema
Componentes del sistemaComponentes del sistema
Aplicación ControlIntegralAplicación ControlIntegral
VISTA GENERAL DEL SISTEMAVISTA GENERAL DEL SISTEMA
Alimentación del motor de corriente continua del carril
Control del motor del carril, desde la tarjeta de potencia
Alimentación y control del microinterruptor de control de
posición inicial
Conexión entre el PC y la tarjeta de potencia, a través de
la tarjeta de control
• Fuente de alimentación
• Tarjeta de potencia: controla el motor de CC del carril.
• Carril de desplazamientoControl del carril: se necesitan de 3 puntos de referencia para indicar la posición del carril
1) Principio de carrera2) Microinterruptor de emergencia3) Microinterruptor de emergencia
Los Microinterruptor se usan para evitar que el motor sobrepase los límites del carril y provoque daños en el motor
• Tarjeta de control: comunica la tarjeta de potencia con el PC
COMPONENTES DEL SISTEMACOMPONENTES DEL SISTEMA
FUENTE DE ALIMENTACION TARJETA DE POTENCIA
TARJETA DE CONTROLESQUEMA DEL CARRIL LINEAL
APLICACION CONTROLINTEGRALAPLICACION CONTROLINTEGRAL
Aplicación para manejar el carro Aplicación para manejar el carro y la cámara. y la cámara.
Funciones:
•Ayuda
•Carril init
•Carril (distancia)
•Camara init
•Camara zoom
•Camara focus
•Camara (grados horz, grados vert)
•Fin
CONTROL DE CONTROL DE MOTORESMOTORES
Tipos de motoresTipos de motores
El motor eléctricoEl motor eléctrico
El motor Maxon 968El motor Maxon 968
Programas para el control de motoresProgramas para el control de motores
TIPOS DE MOTORESTIPOS DE MOTORES
De combustión: transforman energía química en movimiento
Hidráulicos: requieren mucho espacio y mantenimiento
Eléctricos: ofrecen gran capacidad de control y pueden ser de tamaños muy pequeños
EL MOTOR ELECTRICOEL MOTOR ELECTRICO
TIPOS DE MOTORES CORRIENTE CONTINUA (DC)
CORRIENTE ALTERNA (AC)
TIPOS DE CONTROL DE MOTORES POR INDUCIDO
POR EXCITACION
TIPOS DE CONTROL DE POTENCIA RECTIFICACION CONTROLADA POR SILICIO (SCR)
MODULACION DE LA FRECUENCIA DEL PULSO (PFM)
METODOS DE CONTROL DE VELOCIDAD PUENTE EN H
CONFIGURACION EN T
EL MOTOR MAXON 968EL MOTOR MAXON 968
Potencia nominal: 15 W Voltaje nominal: 24 V Resistencia de inducido: 7.94 W Gradiente velocidad/par: 49 rpm/mN·m Velocidad máxima permitida: 9200 rpm Corriente continua máxima: 786 Ma Par continuo máximo: 30.9 mNm Máxima potencia de salida con la tensión nominal: 17500 mW Máximo rendimiento: 81.5 % Constante de par: 39.3 mN·m/A Constante de velocidad: 243 rpm/V Constante de tiempo mecánica: 13.7 ms Inercia del rotor: 26.6 gcm2 Inductancia de inducido: 1.54 mH
CARACTERISTICAS
PROGRAMA PARA EL CONTROL PROGRAMA PARA EL CONTROL DE MOTORESDE MOTORES
Con este programa manejamos solo un motor y el desplazamiento se hace por grados, lo que representa una desventaja para mover el carril.
CONTROL VELOCIDAD
LUZ ESTRUCTURADALUZ ESTRUCTURADA
Teoría general de la luz estructurada
Aplicaciones de los sistemas de luz estructurada
Una cámara capta la distorsión que produce un haz de luz en el objeto, obteniendo la información necesaria de la estructura del objeto. En cuanto a la forma del haz, pueden ser:
Puntos Plano Varios planos
TEORIA GENERAL DE LUZ TEORIA GENERAL DE LUZ ESTRUCTURADAESTRUCTURADA
Para realizar una reconstrucción de un objeto, es necesario recorrerlo en su totalidad, para lo cual se plantean tres alternativas
Mover la camara
Mover el laser
Mover el objeto
APLICACIONES DE LOS APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE LUZ SISTEMAS DE LUZ ESTRUCTURADAESTRUCTURADA
Modelado: algunas de las aplicaciones son las de gráficos por computador, por ejemplo en efectos especiales de películas.
Guiado de robots moviles: Con la información de los sensores de ultrasonidos y del sensor de luz estructurada, el robot capta la forma de los obstáculos
Aplicaciones médicas: algunas aplicaciones son las de ayuda al diseño de prótesis. Obteniendo un modelo preciso del muñón es posible diseñar una prótesis más cómoda y con una mejor distribución de cargas
Aplicaciones industriales: una de ellas es la soldadura asistida. Se desarrollaron equipos que permitían guiar al robot de soldadura, donde además el sistema también podía realizar inspecciones de soldaduras realizadas para control de calidad.
LA CAMARA PAN-TILTLA CAMARA PAN-TILT
Introducción al sistema
La cámara Pan-tilt
Conexión al equipo
INTRODUCCION AL SISTEMAINTRODUCCION AL SISTEMA
El sistema está formado por una cámara Pan-Tilt (giro horizontal y vertical) y una tarjeta frame grabber instalada en el PC, que es la encargada de recibir las señales de la cámara.
Para el procesamiento de las imágenes captadas por la cámara, recurrimos a las librerías MIL (Matrox Imaging Library).
LA CAMARA PAN-TILTLA CAMARA PAN-TILT
La cámara Pan-Tilt es un modelo de cámara, que permite el desplazamiento tanto con un giro horizontal (PAN) como un giro vertical (TILT). Con ella se pueden capturar imágenes digitales, que pueden ser posteriormente tratadas en un ordenador.
Características de la cámara Pan-Tilt
Señal de video: PAL Sensor de imagen: CCD color de 1/3 “ Pixels de resolución: 752 (Alto) x 585 (Ancho) Zoom: hasta x12 Distancia focal: 5.4 – 64.8 mm Rango de iluminación: 7 – 100.000 lux Movimientos: horizontal (Pan) ±100º Vertical (Tilt) ±25º Entrada de tensión: 12 a 14 V en corriente continua Potencia: 10,5 W Temperatura de funcionamiento: 0 a 40º C Dimensiones (A x L x F): 142 x 109 x 164 mm (Figura 3.42) Peso: 1200 g
CONEXIÓN AL EQUIPOCONEXIÓN AL EQUIPO
En la parte trasera de la cámara, se pueden encontrar diversos conectores. Las imágenes captadas pueden ser enviadas a un sistema de televisión, video, o a un ordenador. Todas estas salidas son señales compatibles, que no requieren de ningún equipo extra para la conexión. La única excepción son los ordenadores, puesto que no todos disponen de una entrada de SVideo.
ADQUISICION DE SEÑAL ADQUISICION DE SEÑAL DE VIDEO ANALOGICODE VIDEO ANALOGICO
Tipos de cámara
Cámaras usadas para la adquisición de video
Las tarjetas Matrox
Las librerías MIL. Intellicam
TIPOS DE CÁMARASTIPOS DE CÁMARAS
A lo largo de los años la tecnología ha ido evolucionando, y hemos pasado de cámaras gigantes a cámaras digitales que caben en una mano.
Existen tres tipos de dispositivos:
CCD (Charge Coupled Deviced)
CID (Charge Injection Deviced)
TDI (Time Delay Integration
CCD
La información se traspasa según registros de desplazamientos. Una vez recogida la información, lo importante es transferirla a donde se pueda utilizar. Se tienen tres formas de manera que se pase la información y deje los elementos sensores libres para que puedan volver a coger otra imagen: transferencia de cuadro, transferencia interlínea, transferencia de cuadro interlínea.
CID
Puede leer directamente el valor de un pixel cualquiera, en lugar de tener que leer toda la imagen, por lo que tiene la ventaja de un menor tiempo de proceso. Además, la señal no corre el peligro de poder ser alterada en el camino hasta que sea leída, ya que no hay pasos intermedios entre el propio elemento sensor y la llamada
TDI
Toma varias imágenes de un mismo objeto. Si está parado, el objeto aparecerá en la misma posición durante todas las imágenes, pero si está en movimiento la cámara al tomar diferentes imágenes tendrá el objeto en diferentes puntos. Esto implica que el tiempo de integración es mayor y por tanto se necesitará menos luz
CAMARAS USADAS PARA CAMARAS USADAS PARA LA ADQUISICION DE LA ADQUISICION DE
VIDEOVIDEO
LA WEBCAM
LA CAMARA JAI CV-235
LA CAMARA DE VIGILANCIA
LA WEBCAM
Se utilizó como primer contacto para la calibración de un cámara. Permite de una manera fácil y sencilla captar imágenes y reproducir vídeo en directo. Sus características son:
Tamaño de imagen grande (320 x 240) Funciona con Windows Messenger con funciones de vídeo en directo Tecnología de seguimiento facial automático Captura de video con una resolución de 640 x 480 Captura de imágenes con una resolución de 640 x 480 Zoom automático Micrófono integrado Funciona con sistemas PC y Mac OS X Sensor: VGA de alta calidad Cable: USB fino de 2,1 metros Enfoque: Manual Frecuencia de cuadro: hasta 30 cps
LA CAMARA JAI CV-235
Es una cámara industrial CCD monocroma. Al disponer de dos placas con diferentes switches configurables, podremos configurar la cámara de forma interna.. Algunas de sus características son:
Sensor CCD: 1/2" HAD IT CCD image sensor Tamaño de imágenes: 768 (h) x 494 (v) (EIA), 752 (h) x 582 (v) (CCIR) Tamaño del sensor 6.45 (h) x 4.84 (v) mm Sistema de escaneo: EIA/CCIR 2:1 Interlace or non-interlace Sincronización externa o interna Resolución Horizontal 570 TV líneas Sensor: VGA de alta calidad Gamma 1.0 or 0.45 seleccionable
Conexión con la tarjeta Matrox
El principal problema que se tuvo a la hora de adquirir imágenes, fue su interacción con la tarjeta frame grabber. Al principio, se usó una tarjeta Matrox Meteor, pero por una serie de problemas se tuvo que desechar y hubo que adquirir otra tarjeta. Sin embargo, la nueva tarjeta (Matrox Cronosplus) sólo trabaja en modo entrelazado, mientras que la cámara lo hacía en modo no esntrelazado, por lo que a la hora de capturar imágenes se produce un error.
LA CAMARA DE VIGILANCIA
La cámara de vigilancia es una cámara CCD blanco y negro, trabaja en modo CCIR y en modo interlineado, por lo que su interacción con la tarjeta Matrox Cronosplus será total, por lo que se podrá realizar la calibración con Matlab tal y como queremos.
LAS TARJETAS MATROXLAS TARJETAS MATROX
LA TARJETA MATROX METEOR
LA TARJETA MATROX CRONOSPLUS
LA TARJETA MATROX METEOR
La tarjeta Matrox Meteor, es una tarjeta que permite operar tanto con imágenes en blanco y negro como en color. Con esta tarjeta se puede mostrar la imagen en tiempo real, o almacenando en memoria, en función de la velocidad del sistema en que se instala
A la hora de capturar video, la tarjeta admite tanto RS-170/CCIR monocromo como NTSC/PAL en color y dispone de la posibilidad de conectar hasta cuatro dispositivos de captura de imágenes a la misma tarjeta al mismo tiempo.
LA TARJETA MATROX CRONOSPLUS
La tarjeta Matrox Meteor produjo una serie de problemas con el Windows haciendo imposible una interacción entre el ordenador y la cámara, por lo que se decidió usar otra tarjeta, la tarjeta Matrox Cronosplus
La tarjeta Matrox Cronosplus es una tarjeta capturadora o frame grabber para el uso de aplicaciones de imágenes. Funciona bajo cámaras del tipo monocromo o de color. Puede transferir tanto imagines como video en tiempo real y es compatible con los modos CCIR/RS-170
LAS LIBRERIAS MIL
EL PROGRAMA INTELLICAM,
LAS LIBRERIAS MIL. INTELLICAMLAS LIBRERIAS MIL. INTELLICAM
LAS LIBRERIAS MIL
Estas librerías son un paquete de procesamiento de imágenes totalmente independiente del hardware en el que se instalen.
El programa se ha diseñado con la intención de que sea una herramienta sencilla, con un tiempo de aprendizaje corto, capaz de ser usado en cualquier plataforma, de tal forma que las aplicaciones implementadas con MIL puedan correr en cualquier sistema que tenga instalada una tarjeta VGA o en su defecto, que tenga una tarjeta grafica Matrox
Los programas desarrollados con estas librerías, pueden interactuar con el microprocesador del sistema de manera segura y eficiente, haciendo que el micro tenga una menor carga de trabajo, lo que permite que éste se encargue de las demás tareas, mientras la tarjeta grafica se encarga del procesamiento de imágenes.
EL PROGRAMA INTELLICAM
Matrox ha simplificado el interface de la cámara proporcionando un interface entre el tipo de cámara y la capturadora de imágenes o frame grabber.
La interface de la cámara consiste en un tipo de archivo, o formato de configuración digitalizador (DCF). Este archivo guarda toda la información necesaria acerca del hardware que se quiere usar, como puede ser el modo de operar, la frecuencia del reloj o el tipo de señal del video.
Para una mayor facilidad, Intellicam proporciona una serie de archivos DCF por defecto, como son los modos de trabajo CCIR, NTSC, PAL, RS-170. Por supuesto, con Intellicam se puede crear un archivo DCF personalizado, o descargarlo de una página web o de otro sitio
Aplicaciones de Intellicam
Intellicam permite en tiempo real una configuración sobre la recepción de video de la cámara que está realizando, gracias a un fácil acceso al control digitalizador (DCF). Algunas de las aplicaciones son:
Overview: nos muestra información acerca del sistema (para el cual está configurado el DCF) Camera: nos muestra información acerca de la cámara Video Signals: nos muestra información acerca del tipo de la señal de video que produce la cámara (analógico o digital, el ancho del bus…) Video Timings: nos muestra información acerca de los tiempos de video
(sincronización entrelzada o no entrelazada…) Pixel Clock: nos muestra información acerca del radio del reloj Exposure Signal: nos muestra información acerca de los tiempos de disparo
de la cámara Sync. Signal: especifica el dispositivo que genera la señal de sincronización
CALIBRACION DE UNA CALIBRACION DE UNA CAMARA MEDIANTE CAMARA MEDIANTE
MATLABMATLAB
Puesta a punto de la cámara
Adquisición de imágenes mediante Matlab
La toolbox Camera Calibration
PUESTA A PUNTO DE LA CAMARA
La calibración de la cámara en el contexto de la visión tridimensional es el proceso de determinar las características geométricas y ópticas internas de la propia cámara (parámetros intrínsecos, tales como la distancia focal, el centro del plano sensor y la distorsión de la mente) y/o la posición y orientación del bastidor de la cámara respecto al sistema de coordenadas del mundo (parámetros extrínsecos)
A la hora de capturar las imágenes, la cámara deberá permanecer invariante en cuanto a lo que se refiere a sus parámetros intrínsecos, es decir, habrá que mantener el enfoque de la óptica (pues afectaría a la distancia focal), al igual que hay que mantener invariante el diagrama (pues en este caso, afectaría al modelo de distorsión).
Las imágenes se toman siempre de un objeto patron. En nuestro caso, es un tablero de ajedrez, pues facilita la búsqueda de puntos significativos, que son las esquinas de los cuadrados del tablero de ajedrez
ADQUISICION DE IMÁGENES MEDIANTE MATLAB
Lo primero que hacemos es identificar el dispositivo de vídeo.
>> info = imaqhwinfo
Esta sentencia nos devolverá varios parámetros, pero el más importante es que indica los tipos de drivers que soporta o con los que puede trabajar (en nuestro caso winvideo y matrox, que será con el que trabajemos). Para trabajar con la cámara, hay que crear un objeto que la controle
>>vid2=videoinput(‘matrox’)
Nos aparece (aparte de otras características más) el formato en que trabaja la cámara por defecto (RS-170). Como la cámara sólo trabaja en modo CCIR, habrá que cambiar el modo de trabajo.
>>vid2=videoinput(‘matrox’, 1,’M_CCIR’)
La adquisición de imágenes lo podemos hacer de dos formas: de una en una o varias a la vez. Para la adquisición de una única imagen:
>>img=getsnapshot(vid2)
Matlab empezará la adquisición de la imagen, y para que nos la abra:
>>imshow (img)
LA TOOLBOX CAMERA CALIBRATION
Para realizar la calibración de la cámara, lo haremos a través un programa de calibración, basado en las imágenes ya captadas de la rejilla de ajedrez como imagen patrón.
El programa está dotado de una interface que facilita bastante el proceso de calibración. Lo primero de todo es añadir la toolbox en Matlab con la aplicación set path.
Standard: todas las imágenes usadas para la calibración se cargan en la memoria sólo una vez y no tiene que volver a leerlas del disco.
Memory efficient: las imágenes se cargan una a una y nunca se guardan en la memoria Los dos modos son totalmente compatibles e intercambiables
Proceso de calibración
1) Leer las imágenes (Image names): el usuario introduce los nombres de las imágenes que usaremos para la calibración
2) Extract gris corners: nos pedirá el número de imágenes que queremos extraer y la longitud de los cuadrados
3) Para realizar el mallado deberemos pinchar en cuatro puntos haciendo un rectángulo lo más regular posible, donde los puntos deberán estar lo más próximas a las esquinas de los cuadrados. Después nos pedirá el número de cuadrados que integran el rectángulo formado, según el eje x y el eje y, teniendo en cuenta que es la suma de los cuadrados blancos y los cuadrados negros.
4) Por último, pincharemos en el comando Calibration, y obtendremos los resultados.
Pinchando en la opción de Reproject on images nos mostrará los pixeles de error en forma de cruces:
Si pinchamos en Show Extrinsic se mostrarán en 3D los prarámetros extrínsecos, que son las posiciones relativas de los mallados respecto de la cámara.
Para realizar una calibración mejor hay múltiples herramientas, como volver a obtener el mallado de los cuadrados de las imágenes (de una, de varias o de todas si queremos)
También se puede mejorar el error de pixel, de tal forma que podemos identificar el punto original de la imagen y de la reproyección calculada por nosotros a la hora de hacer el mallado, y comprobar así el error.
Una vez realizada la calibración de la cámara, nos quedaría por hacer la calibración del láser, y así junto el carril lineal, tendríamos completado y listo el sistema para el uso de la adquisición tridimensional de piezas.
