Kanca
Bir kamera bir yüzeyin rengini ve dokusunu görür ama düz mü yoksa 2 mm çökük mü olduğunu tek bir görüntüden söyleyemez — derinlik bilgisi kaybolur. Lazer profil sensörü tam bu boşluğu doldurmak için var: renk değil yükseklik ölçer, ve bunu dokunmadan yapar.
Bağlantı yalnız bu sahnenin durumunu taşır; hesap veya ad içermez.
Ne oldu
Yukarıdaki sahnedeki her satır, sensörün tek bir geçişte topladığı bir "profil" — yüzey boyunca bir çizgi üzerindeki yükseklik ölçümleri dizisi. Bu profilin nasıl üretildiği lazer üçgenlemesi (laser triangulation) denen bir geometriye dayanır.
Düzenek üç parçadan oluşur: bir lazer kaynağı (S), hedef yüzeydeki bir nokta (P) ve S'den bilinen bir taban uzaklığında (baseline, b) duran bir detektör/lens (D). Lazer, S'den P'ye sabit bir açıyla ışın gönderir; bu ders boyunca en yaygın tasarımı ele alalım — lazer ışını, S-D taban çizgisine dik açıda (90°) gönderilir. P'den yansıyan ışık D'deki lense düşer ve sensör üzerinde bir konuma odaklanır; bu konumun taban çizgisine göre açısı θ_D olsun (lens odak uzaklığı f ve görüntüdeki kayma x biliniyorsa θ_D = θ_D0 + arctan(x/f) olarak bulunur, θ_D0 referans/kalibrasyon açısıdır).
S-P-D üçgeninde açılar toplamı 180° olduğundan, S'deki açı 90° ise P'deki açı (90° − θ_D)'dir. Sinüs teoremiyle:
Z = |SP| = b · sin(θ_D) / sin(90° − θ_D) = b · tan(θ_D)
Yani yüzeyin yüksekliği (Z), detektördeki yansıma açısının tanjantıyla doğru orantılıdır — yüzey S'ye yaklaşıp uzaklaştıkça, yansıyan ışığın detektör üzerindeki konumu kayar, ve bu kaymadan Z geri hesaplanır.
Örnek. Taban uzaklığı b = 50 mm, kalibrasyon açısı θ_D0 = 45° olsun (bu durumda referans mesafe Z₀ = 50 · tan(45°) = 50 mm). Yüzey biraz uzaklaşıp θ_D = 50°'ye çıkarsa: Z = 50 · tan(50°) ≈ 50 · 1,1918 ≈ 59,6 mm. 5°'lik bir açı değişimi, ~9,6 mm'lik bir mesafe farkına karşılık geliyor.
Nokta mı, çizgi mi? Yukarıdaki geometri tek bir noktayı (S-P-D düzlemi) anlatıyor. Bir nokta lazer sensörü her ölçümde tek bir Z değeri verir. Bir profil (çizgi) lazer sensörü ise ışını bir çizgiye yayar (Keyence'in tanımıyla lazer bir çizgiye genişletilip yüzeyden "diffüz" yansır) ve bu çizgi boyunca yüzlerce noktanın Z değerini AYNI ANDA verir — tek bir geçişte bütün bir kesit (profil) elde edilir. Bu yüzden robot kolu bir yüzey üzerinde ilerlerken her karede tek bir sayı değil, bir profil çizgisi toplanır.
Gerçek dünyada
Kamuya açık üretici dokümanlarında lazer profil sensörleri, bir lazer çizgisinin yüzeyden yansımasını görüntüleyerek tek geçişte bir yükseklik profili çıkarır. Buradaki sahne belirli bir ürünün performansını taklit etmez; kaynaklardaki genel üçgenleme ve profil toplama ilkesini görünür kılar.
Bu geometrinin sınırları var. Detektörün görüş açısı ve lensin çözünürlüğü sabit olduğu için sensörün bir ölçüm menzili (measurement range) vardır — yüzey bu menzilin dışına çıkarsa yansıma detektöre hiç düşmez. Ayrıca Blais'nin (2004) menzil sensörleri değerlendirmesinde vurguladığı gibi, üçgenleme tabanlı sensörler iki tipik sorunla karşılaşır: oklüzyon (lazer ışını yüzeyin bir kısmına ulaşsa bile, o noktadan yansıyan ışık geometrik olarak detektöre görünmeyebilir — derin oyuklarda sık görülür) ve aynasal (specular) yansıma (parlak, aynamsı yüzeyler ışığı detektöre değil başka bir yöne yansıtır, ölçüm başarısız olur). Bu yüzden lazer profil sensörleri mat, diffüz yüzeylerde daha güvenilir çalışır.
Dene
Satır sayısını önce azalt, sonra artır. "Tara"ya basmadan önce hangi ayarda daha çok nokta toplanacağını tahmin et; tarama bitince durum satırındaki sayıyla kontrol et. Bu küçük Optimize et deneyi, daha çok örnek toplamanın daha uzun bir tarama demek olduğunu da görünür kılar.
Sonraki
Tek bir profil, yüzeyin sadece bir kesitini gösterir. Robot bu profili tekrar tekrar, satır satır toplayınca ortaya ne çıkıyor? Bir sonraki ders bunu — nokta bulutunu ve yüzey muayenesi iş akışını — ele alıyor.