Kappaleen rotaation ja siirtymän määrittäminen laser- ja kameramittauksilla

Abstract

Erilaisten kappaleiden työstössä teollisuusympäristöissä on tärkeää tietää kappaleen asennon ja paikan muutos eri ajanhetkien välillä. Laser-skannaus ja kappaleen pinnan kuvaaminen ovat yleisesti käytettyjä menetelmiä pinnan muodon ja sijainnin hahmottamiseen.

Työssä tutkittiin, kuinka tarkasti kappaleen rotaatio ja siirtymä voidaan arvioida, kun saatavilla on laser- ja kameramittauksia kappaleen pinnasta. Työssä kehitettiin kaksi erillistä algoritmia: toinen arvioi kappaleen rotaatiota laserilla saatujen kappaleen poikkileikkausta kuvaavien pistejoukkojen avulla ja toinen kappaleen siirtymää kappaleen pinnasta otettujen kuvien perusteella.

Algoritmien testaamiseen käytettiin teollisuudesta saatuja mittaustuloksia. Lisäksi kehitettiin simulaatiomenetelmä, jolla voitiin tuottaa keinotekoisia lasermittauksia testejä varten.

Tulosten perusteella lasermittausten laatu sekä kappaleen poikkileikkauksen muoto vaikuttavat merkittävästi rotaation arvioinnin tarkkuuteen. Kameramittauksiin perustuva algoritmi puolestaan kykenee arvioimaan siirtymän suunnan ja suuruusluokan oikein, mutta tarkkojen arvioiden saavuttamiseksi kuvan resoluutiota tulisi parantaa.

In various industrial fields, it is important to know the position and orientation of an object during manufacturing. Laser scanning and surface imaging are widely used methods for tracking the shape and location of an object.

This thesis examines the accuracy of estimating an object's rotational and translational motion between successive time steps using laser and image data. Two separate algorithms were developed: the first one estimates the object’s rotation using laser data, which represents cross-sections of the object, while the second one estimates the object’s translation based on images of its surface.

The algorithms were tested using data collected from an industrial environment. Additionally, a simulation method was developed to generate synthetic data for testing the laser-based algorithm.

Based on the results, the accuracy of the rotation estimation was strongly influenced by the quality of the laser data and the shape of the object's cross-section. The image-based algorithm was able to estimate the direction and approximate magnitude of the translation correctly, but higher image resolution would be required for more precise estimations.