Πώς να επιλέξετε ένα πρόσθετο κάμερας USB για την παρακολούθηση εκτυπωτή 3D

Μια μακρά εκτύπωση μπορεί να φαίνεται εντελώς φυσιολογική κατά τη διάρκεια της πρώτης ώρας. Οι πρώτες στρώσεις προσκολλώνται στο θερμαινόμενο υπόστρωμα, το ακροφύσιο ακολουθεί την προγραμματισμένη διαδρομή του και ο χειριστής αφήνει τη μηχανή να συνεχίσει. Αρκετές ώρες αργότερα, το αντικείμενο μπορεί να έχει αρχίσει να ανυψώνεται ή το νήμα μπορεί να συσσωρεύεται γύρω από το ακροφύσιο σε μια μπερδεμένη μάζα.

Ακόμα και όταν ο εκτυπωτής διαθέτει κάμερα, το γεγονός ενδέχεται να μην καταγράφεται με χρήσιμο τρόπο. Ένα τμήμα της πλάκας κατασκευής μπορεί να βρίσκεται εκτός πλαισίου. Ανακλάσεις από εσωτερικό LED μπορεί να κρύβουν το ακροφύσιο. Ένας γειτονικός οδηγός πλαισίου εμφανίζεται ευκρινώς, ενώ η περιοχή που πραγματικά χρειάζεται προσοχή είναι ελαφρώς εκτός εστίασης.

Η κάμερα κατέγραψε ολόκληρη την εργασία, αλλά όταν ο χειριστής εξετάζει το υλικό, εξακολουθεί να είναι δύσκολο να διαπιστωθεί πότε ξεκίνησε το πρόβλημα.

Για έναν κατασκευαστή εκτυπωτών 3D, η ενσωμάτωση κάμερας είναι πιο περίπλοκη από την εγκατάσταση μιας γενικής χρήσης webcam. Το μόντουλ πρέπει να χωράει σε ένα περιορισμένο περίβλημα, να καλύπτει τη χρήσιμη περιοχή εκτύπωσης και να παραμένει καθαρό καθ’ όλη τη διάρκεια μιας μακράς εργασίας. Πρέπει επίσης να λειτουργεί αξιόπιστα με τον κεντρικό επεξεργαστή, τη διεπαφή USB, το φωτισμό του περιβλήματος και τη θερμοκρασία λειτουργίας.

Το XLS-DZ1025-V1.0 είναι ένα 2MP Μονάδα κάμερας USB 2.0 που βασίζεται στον χρωματικό CMOS αισθητήρα GC2053. Υποστηρίζει ανάλυση έως 1920 × 1080 σε 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο, χρησιμοποιεί PCB διαστάσεων 38 × 38 mm και μπορεί να διαμορφωθεί με φακό 95 μοιρών. Όταν οι οπτικές συνθήκες και η θέση εγκατάστασης επιλεγούν για τον εκτυπωτή, αυτές οι προδιαγραφές το καθιστούν μια πρακτική επιλογή για ενσωματωμένη παρακολούθηση.

Ορίστε τι πρέπει να εμφανίζει η κάμερα προτού συγκρίνετε τις προδιαγραφές

Η φράση «παρακολούθηση εκτυπωτή 3D» μπορεί να περιγράφει αρκετές πολύ διαφορετικές απαιτήσεις.

Ορισμένα προϊόντα απαιτούν απλώς μια απομακρυσμένη προβολή που επιβεβαιώνει ότι η εκτυπωτική συσκευή λειτουργεί και ότι το εκτυπωμένο αντικείμενο παραμένει προσκολλημένο στο κρεβάτι. Εάν το σύστημα πρέπει να αναγνωρίζει συσσώρευση νήματος, μετατόπιση στρώματος ή ακανόνιστο σχήμα αποτυχημένης εκτύπωσης, οι εικόνες γίνονται είσοδος για έναν αλγόριθμο ανίχνευσης. Η καταγραφή χρονοσειράς (time-lapse) είναι διαφορετική: η εικόνα πρέπει να διατηρεί σταθερή κομποζίτα σε όλη τη διάρκεια της εργασίας, ακόμα και όταν η μηχανή ταλαντώνεται ή η θερμοκρασία του περιβλήματος αλλάζει.

Αυτές οι χρήσεις οδηγούν σε διαφορετικές απαιτήσεις τοποθέτησης και ποιότητας εικόνας. Πριν επιλέξετε φακό, αποφασίστε εάν η κάμερα προορίζεται κυρίως για χειριστή, για αλγόριθμο ή για και τα δύο.

Το ύψος τοποθέτησης συχνά υποτιμάται. Εάν τοποθετήσετε την κάμερα πολύ χαμηλά, τα πρώτα στρώματα φαίνονται ευκρινή, αλλά ένα ψηλό αντικείμενο μπορεί τελικά να εμποδίσει την ακροδακτυλίδα. Εάν την τοποθετήσετε πολύ μακριά, ολόκληρη η μηχανή χωράει στην εικόνα, ενώ το εκτυπωμένο αντικείμενο καταλαμβάνει υπερβολικά λίγα pixel για να αποκαλύψει χρήσιμες λεπτομέρειες. Μεγαλύτερη ανάλυση δεν μπορεί να διορθώσει μια κακή θέση παρατήρησης.

το 1080p είναι συνήθως αρκετό, αλλά μόνο υπό τις κατάλληλες συνθήκες

Το XLS-DZ1025-V1.0 παράγει εικόνες έως 1920 × 1080 σε 30 fps. Για μία κάμερα που καλύπτει ένα θάλαμο κατασκευής, το Full HD προσφέρει μία πρακτική ισορροπία μεταξύ λεπτομέρειας εικόνας, εύρους ζώνης USB και φορτίου επεξεργαστή. Μπορεί να δείχνει το γενικό σχήμα του αντικειμένου, τη θέση της ακροφυσίου και προφανή σφάλματα, όπως αποκόλληση ή σημαντική συσσώρευση νήματος.

Η σημαντική συνθήκη είναι η φυσική περιοχή που καλύπτουν αυτά τα εικονοστοιχεία. Αν μία εικόνα 1920 × 1080 πρέπει να περιλαμβάνει ένα μεγάλο βιομηχανικό εκτυπωτή, η ακροφύσιο και η εκτυπωμένη άκρη θα καταλαμβάνουν σχετικά μικρό μέρος του πλαισίου. Η μετακίνηση της κάμερας πιο κοντά βελτιώνει τις τοπικές λεπτομέρειες, αλλά μπορεί να αποκόψει τις γωνίες του κρεβατιού. Πρόκειται για συμβιβασμό μεταξύ κάλυψης και πυκνότητας εικονοστοιχείων, όχι για πρόβλημα που μπορεί να επιλυθεί από μόνο του με την προδιαγραφή του αισθητήρα.

Λάβετε δοκιμαστικές εικόνες από την προτεινόμενη θέση τοποθέτησης. Ένα μονάδα που βρίσκεται σε ένα γραφείο μπορεί να αποδείξει ότι η εξαγωγή βίντεο λειτουργεί, αλλά δεν μπορεί να δείξει εάν η τελική εγκατάσταση θα αποκαλύψει αποτυχία εκτύπωσης.

Ο ρυθμός καρέ δεν είναι το κύριο ζήτημα

Μια προδιαγραφή 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο μπορεί να κάνει τη συζήτηση να ακούγεται σαν να πρέπει η κάμερα να «παγώνει» κάθε κίνηση της κεφαλής εκτύπωσης. Αυτό σπάνια αποτελεί τον σκοπό μιας κάμερας παρακολούθησης. Το καθήκον της είναι να παρέχει μια σταθερή ροή εικόνων που ένας χειριστής ή ένα σύστημα λογισμικού μπορεί να ερμηνεύσει.

Γι’ αυτήν τη χρήση, 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο είναι συνήθως επαρκή. Η ζωντανή προβολή παραμένει εύκολα ακολουθήσιμη, και το λογισμικό παρακολούθησης λαμβάνει εικόνες με αρκετή συχνότητα για τακτικούς ελέγχους κατάστασης.

Πιο σχετική λεπτομέρεια είναι ότι ο GC2053 χρησιμοποιεί ηλεκτρονικό κατακόρυφο κλείσιμο (rolling shutter). Είναι κατάλληλος για γενική παρακολούθηση, αλλά δεν προορίζεται για ακριβή γεωμετρική μέτρηση μιας γρήγορα κινούμενης ακροφυσίου. Τα έργα που απαιτούν συγχρονισμένη έκθεση, ακριβή παρακολούθηση θέσης ή λεπτομερή ανάλυση κίνησης θα πρέπει να αξιολογήσουν μια κάμερα με καθολικό κλείσιμο (global-shutter) αντίθετα. Τα περισσότερα συστήματα παρακολούθησης εκτυπωτών δεν απαιτούν αυτό το επίπεδο ακρίβειας κίνησης.

Το πεδίο οράσεως και η εστίαση πρέπει να αξιολογούνται από κοινού

Το XLS-DZ1025-V1.0 μπορεί να παρέχεται με προαιρετικό πεδίο οράσεως 95 μοιρών . Αυτή η μετριοπαθής ευρείας γωνίας επιλογή είναι χρήσιμη όταν η κάμερα πρέπει να καλύψει τη θάλαμο κατασκευής από μικρή απόσταση. Μπορεί να ενσωματώσει το κρεβάτι, την ακροφύσιο και τον περιβάλλοντα μηχανισμό σε ένα μόνο πλαίσιο, ενώ μειώνει το βάθος εγκατάστασης πίσω από ένα παράθυρο περίβληματος ή μια εμπρόσθια πλάκα.

Μια ευρύτερη οπτική γωνία συνεπάγεται κόστος. Κάθε τμήμα της μηχανής λαμβάνει λιγότερα pixel και το φακό μπορεί να εισάγει ορατή παραμόρφωση κοντά στα άκρα της εικόνας. Αυτό μπορεί να είναι αποδεκτό για την απομακρυσμένη παρακολούθηση, επειδή ένας χειριστής μπορεί να ερμηνεύσει το σχήμα, αλλά μπορεί να επηρεάσει λογισμικό που βασίζεται στη θέση μιας άκρης ή στη γεωμετρία του εκτυπωμένου αντικειμένου.

Η σταθερή εστίαση απαιτεί επίσης προσεκτική ρύθμιση. Εστιάστε το φακό στη χρήσιμη περιοχή εκτύπωσης, όχι απλώς στο πλησιέστερο αντικείμενο. Αν η μπροστινή άκρη του κρεβατιού εμφανίζεται αιχμηρή, αλλά το κέντρο του αντικειμένου είναι θολό, η εικόνα μπορεί να φαίνεται αιχμηρή με πρώτη ματιά, ενώ παραμένει ακατάλληλη για παρακολούθηση.

Το ύψος εκτύπωσης αλλάζει την απόσταση μεταξύ της κάμερας και του αντικειμένου της. Δοκιμάστε το τελικό φακό με άδειο κρεβάτι, ένα σύντομο αντικείμενο και ένα μοντέλο που πλησιάζει το μέγιστο ύψος κατασκευής του εκτυπωτή. Αν ο εκτυπωτής διαθέτει διαφανές προστατευτικό παράθυρο, τοποθετήστε το κατά τη διάρκεια της δοκιμής· το υλικό και η γωνία του μπορούν να επηρεάσουν την αιχμηρότητα και τις ανακλάσεις.

Η φωτιστική διάταξη εντός του εκτυπωτή απαιτεί πραγματική δοκιμή.

Ένα περίβλημα εκτυπωτή μπορεί να είναι δυσκολότερο να φωτιστεί απ’ ό,τι φαίνεται. Οι εσωτερικές LED ανακλώνται από τις γυάλινες πόρτες, τις μεταλλικές ακροφύσιες και το γυαλιστερό νήμα. Το σκούρο υλικό μπορεί να συγχέεται οπτικά με τη μαύρη επιφάνεια κατασκευής. Αν μια ισχυρή πηγή φωτός βρίσκεται πίσω από την ακροφύσιο, η κάμερα μπορεί να καταγράφει σχεδόν αποκλειστικά μια σιλουέτα.

Μία περιοριστική πτυχή πρέπει να δηλωθεί σαφώς: το XLS-DZ1025-V1.0 είναι ένα χρωματικό μόδουλο κάμερας και εξαρτάται από το ορατό φως. Οι διαθέσιμες πληροφορίες για το μόδουλο δεν επιβεβαιώνουν ικανότητα νυχτερινής όρασης , συνεπώς δεν πρέπει να αναμένεται ότι θα παρακολουθεί μία πλήρως σκοτεινή θάλαμο χωρίς επιπλέον πηγή φωτός.

Η διάχυτη φωτισμός είναι συχνά πιο χρήσιμος από μία έντονη σημειακή πηγή. Η έκθεση και η ισορροπία λευκού πρέπει επίσης να ελεγχθούν με διάφορα χρώματα νήματος. Ρυθμίσεις που αναπτύχθηκαν μόνο με λευκό PLA μπορεί να κρύβουν λεπτομέρειες επιφάνειας σε μαύρο ABS.

Το USB 2.0 απλοποιεί την ενσωμάτωση, αλλά τα λεπτομερή στοιχεία απαιτούν ακόμα επαλήθευση

Η διεπαφή USB αποτελεί πρακτικό πλεονέκτημα αυτού του μοντέλου. Εάν ο ελεγκτής του εκτυπωτή παρέχει ήδη θύρα USB host, μία κάμερα USB είναι γενικά ευκολότερο να ενσωματωθεί από μία ακατέργαστη MIPI κάμερα . Το σχέδιο δεν απαιτεί νέα διάταξη υψηλής ταχύτητας MIPI ούτε ολοκληρωμένη αλυσίδα επεξεργασίας εικόνας για ακατέργαστους αισθητήρες στον host. Αυτό μπορεί να μειώσει το αρχικό έργο ανάπτυξης σε πλατφόρμες Windows, Linux και Android.

Η ευκολότερη ενσωμάτωση δεν εξαλείφει την ανάγκη επικύρωσης. Η μηχανική ομάδα πρέπει να επιβεβαιώσει τα πρότυπα βίντεο, τον έλεγχο των καμερών, τη συμπεριφορά του οδηγού και τον πραγματικό ρυθμό καρέ στον επεξεργαστή παραγωγής. Το εύρος ζώνης του USB 2.0 μπορεί να αποτελέσει περιορισμό όταν αποστέλλεται βίντεο Full HD χωρίς συμπίεση, επομένως το λειτουργικό καθεστώς που χρησιμοποιείται για 1080p σε 30 fps πρέπει να επιβεβαιωθεί πριν από τη δημοσίευση.

Η διαδρομή του καλωδίου αξίζει επίσης προσοχή. Ένα καλώδιο USB που τοποθετείται κοντά σε κινητήρες βημάτων, θερμαντικά στοιχεία ή κυκλώματα τροφοδοσίας με διακοπτόμενο ρεύμα μπορεί να συλλέξει παρεμβολές, οδηγώντας σε παροδική διαστρέβλωση της εικόνας ή σε χαμένα καρέ. Δοκιμάστε το τελικό μήκος καλωδίου και τον συνδέτη σε ολοκληρωμένο εκτυπωτή, όχι μόνο σε τραπέζι ανάπτυξης.

Ο μηχανικός σχεδιασμός και η λειτουργική θερμοκρασία δεν μπορούν να αναβληθούν μέχρι το τέλος.

Το μόντουλ χρησιμοποιεί πλακέτα 38 × 38 mm, αλλά οι διαστάσεις της πλακέτας δεν περιγράφουν ολόκληρο το μηχανικό περίβλημα. Απαιτείται επίσης χώρος για τον κύλινδρο του φακού, τον συνδέτη, την ακτίνα κάμψης του καλωδίου, τις βίδες στερέωσης και το προστατευτικό περίβλημα.

Καθ' όλη τη διαδρομή του εκτυπωτή, η συναρμολόγηση της κάμερας πρέπει να παραμένει ελεύθερη από την κεφαλή εκτύπωσης, την αλυσίδα καλωδίων και το κινούμενο κρεβάτι. Ένα καλώδιο που είναι τοποθετημένο σε κινητή πόρτα απαιτεί επίσης κατάλληλη απόσβεση τάσης.

Οι ενσωματωμένοι εκτυπωτές απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή όσον αφορά τη θερμοκρασία. Το ανώτερο μέρος της θάλαμου μπορεί να είναι σημαντικά θερμότερο από τον χώρο του ελεγκτή. Μια κάμερα που λειτουργεί κανονικά σε ένα ανοιχτό πάγκο ενδέχεται να συμπεριφέρεται διαφορετικά μετά από αρκετές ώρες εντός θερμαινόμενης ενσωμάτωσης.

Επιβεβαιώστε το εύρος λειτουργικής θερμοκρασίας του πλήρους μοντέλου με τη μηχανική ομάδα. Τα δεδομένα του αισθητήρα μόνα τους δεν καλύπτουν τον ελεγκτή USB, τον ταλαντωτή, τον συνδέτη και άλλα συστατικά της πλακέτας κυκλωμάτων (PCB).

Πού ταιριάζει το XLS-DZ1025-V1.0

Το XLS-DZ1025-V1.0 είναι ένας πρακτικός υποψήφιος όταν μια εκτυπωτική μηχανή χρειάζεται ενσωματωμένη χρωματική κάμερα για απομακρυσμένη παρακολούθηση, χρονοδιαγράμματα (time-lapse) ή παρακολούθηση βλαβών με υποστήριξη λογισμικού. Η έξοδος 1080p του εξισορροπεί την ορατή λεπτομέρεια με το φορτίο επεξεργασίας. Το προαιρετικό φακό 95 μοιρών μπορεί να καλύψει μια θάλαμο από περιορισμένη απόσταση, ενώ το USB 2.0 μειώνει την προσπάθεια ενσωμάτωσης που συνδέεται με μια ακατέργαστη διεπαφή κάμερας. Η σταθερή εστίαση είναι επίσης κατάλληλη για Ενσωμάτωση κάμερας OEM στην οποία η θέση στήριξης παραμένει αμετάβλητη μετά τη συναρμολόγηση.

Δεν είναι η κατάλληλη επιλογή για κάθε εκτυπωτική μηχανή. Εφαρμογές που απαιτούν απεικόνιση σε απόλυτο σκοτάδι, μετρήσεις διαστάσεων υψηλής ταχύτητας ή ενδελεχή εξέταση πολύ μικρών ελαττωμάτων στρώματος χρειάζονται διαφορετική διαμόρφωση κάμερας. Προϊόντα εκτυπωτικές μηχανές με εξαιρετικά περιορισμένο χώρο μπορεί να απαιτούν μικρότερη πλακέτα κυκλωμάτων (PCB) ή σχεδιασμό με διαχωρισμένη πλακέτα αισθητήρα.

Πριν εγκρίνετε το μόδουλο, δοκιμάστε το στην προβλεπόμενη θέση τοποθέτησής του με διαφορετικά ύψη εκτύπωσης, χρώματα νήματος και συνθήκες φωτισμού. Εκτελέστε την κάμερα κατά τη διάρκεια μιας πλήρους μακράς εκτύπωσης, και στη συνέχεια επαληθεύστε εκ νέου τη ροή εικόνας στον επεξεργαστή παραγωγής. Ο χρόνος που αφιερώνεται σε αυτούς τους ελέγχους είναι συνήθως πολύ λιγότερο δαπανηρός από την αλλαγή της δομής της κάμερας μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής των καλουπιών ή της πιλοτικής παραγωγής.

Συχνές ερωτήσεις

Μπορεί αυτό το μόδουλο να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση μιας φάρμας πολλών εκτυπωτών 3D;

Το υλικό της κάμερας δεν επιβάλλει όριο ενός εκτυπωτή ανά κάμερα, αλλά κάθε κάμερα USB 2.0 πρέπει να συνδέεται σε θύρα κεντρικού υπολογιστή ή σε κατάλληλο hub USB. Ο κεντρικός υπολογιστής πρέπει να διαθέτει επαρκή εύρος ζώνης USB και υπολογιστική ισχύ για πολλαπλές ροές 1080p. Για μια φάρμα εκτυπωτών, επιβεβαιώστε το πρακτικό όριο φόρτου του κεντρικού υπολογιστή USB με την ομάδα ελέγχου, αντί να υποθέτετε ότι μπορούν να προστεθούν περισσότερες κάμερες απλώς επειδή υπάρχουν διαθέσιμες θύρες.

Χωρίς λειτουργία νυκτερινής όρασης, πρέπει το φως της θάλαμου να παραμένει αναμμένο;

Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων, ναι. Το μόντουλ χρησιμοποιεί έναν χρωματικό αισθητήρα CMOS και εξαρτάται από το ορατό φως. Εάν η θάλαμος δεν διαθέτει σταθερή πηγή φωτός κατά την εκτύπωση, η εικόνα μπορεί να γίνει υπερβολικά σκοτεινή για να ερμηνευθεί. Ένα προϊόν που δεν μπορεί να διατηρήσει ορατό φως θα χρειαστεί ξεχωριστό μόντουλ φωτισμού ή κάμερα σχεδιασμένη για λειτουργία σε συνθήκες χαμηλού φωτός ή υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Πρέπει να επιλέξουμε το φακό 95 μοιρών ή έναν τυπικό φακό πριν από τον καθορισμό της απόστασης τοποθέτησης;

Όχι. Η γωνία οράσεως, η απόσταση τοποθέτησης και το μέγεθος του στόχου επηρεάζουν αλληλέξαρτητα ο ένας τον άλλο. Ο ίδιος φακός 95 μοιρών μπορεί να παράγει πολύ διαφορετικά αποτελέσματα σε μια μικρή επιτραπέζια εκτυπωτική μηχανή και σε μια μεγάλη βιομηχανική μηχανή. Τοποθετήστε ένα δείγμα στην προβλεπόμενη θέση, λάβετε ένα πλήρους ανάλυσης καρέ και στη συνέχεια αποφασίστε εάν ο ευρύγωνος ή ο τυπικός φακός προσφέρει καλύτερη ισορροπία μεταξύ κάλυψης και λεπτομέρειας.

Θα προκαλέσει ο κυλιόμενος εκτυπωτής (rolling shutter) GC2053 θόλωμα όταν η ακροφυσίδα κινείται με μεγάλη ταχύτητα;

Για την παρακολούθηση της κατάστασης, την απομακρυσμένη προβολή, την καταγραφή χρονικής σειράς (time-lapse) και τη βασική ανίχνευση ατυπικών σχημάτων, το αποτέλεσμα είναι συνήθως εφικτό, διότι το σύστημα δεν απαιτεί ακριβή ανακατασκευή της κίνησης της ακροφυσίου. Ο κύλινδρος κλείσιμου (rolling shutter) αποτελεί πραγματικό περιορισμό όταν το έργο απαιτεί ακριβή εντοπισμό θέσης ή ανάλυση υψηλής ταχύτητας κίνησης. Σε αυτήν την περίπτωση, αξιολογήστε μια σχεδίαση με καθολικό κλείσιμο (global-shutter).