MIKROSKOPIE
GELSIGHT NOVÁ ROBUSTNÍ TECHNOLOGIE PRO 3D MIKROSKOPII POUŽITELNÁ V PROVOZECH NEBO V TERÉNU
3D mikroskopické zobrazení povrchu je dnes široce využívanou metodu nejen ve výzkumu a vývoji, ale také ve výrobní praxi, při ověřování kvality servisních úkonů, v kriminalistické, restaurátorské a archeologické analýze a v řadě dalších oborů. Pomineme-li metody atomové si- lové mikroskopie, jsou současné 3D mikroskopy založeny na principech klasické optické mikro- skopie nebo laserové konfokální mikroskopie. Jejich použití v terénu nebo při kontrole defektů na velkých dílech nebo objektech je omezené nebo nemožné. Další problémy u těchto metod nastávají při analýze transparentních nebo re- flexních povrchů, zobrazení může být zatíženo artefakty nebo není možné vůbec. Řešení nabízí zcela nová a unikátní technologie GelSight pro rychlé 3D zobrazení povrchů. Ta byla vyvinuta odborníky na Harvardově univerzitě. Měli zadání nalézt senzorickou náhradu lidského prstu, která by v budoucnu byla využitelná u humanoidních robotů a měla stejnou citlivost jako lidský prst. Ten je při posouvání po povrchu schopen „cítit“ povrchovou drsnost materiálů v jednotkách mikrometrů. Výsledkem výzkumu byl vznik technologie GelSight. Ta se dnes vyu- žívá jak v oblasti 3D mikroskopie, tak i v oblasti senzorů pro robotické aplikace. Obr. 1: Mobilní 3D mikroskop GelSight Mo- bile TM druhé generace GelSight Mobile TM druhé generace je mo- bilní 3D mikroskop, který je založen na zcela novém a revolučním principu elastome- rových dotykových senzorů. Umožňuje rychlé a přesné 3D zobrazení nejen v laboratoři, ale díky kompaktní velikosti také v terénu nebo přímo ve výrobním procesu. Zároveň přináší věrné a nezkreslené zobrazení povrchu nezá- visle na optických vlastnostech materiálu (transparentnost, reflektivita). Mezi hlavní aplikační oblasti patří automobilový a letecký průmysl (okamžitá 3D analýza přímo ve výrob- ním procesu nebo u oprav letecké techniky), forenzní analýza (analýza patron, nábojů a dalších typů stop s možností jejich okamži- tého sdílení v síti pro komparativní analýzu s referenční databází) nebo analýzy padělků (analýza tablet, analýza povrchu tisku). Mezi zajímavé aplikace patří také snímání povrchu biologických vzorků (analýza šupin a kůže ryb, analýza kůže živých živočichů přímo v terénu) nebo měření povrchu skluznic lyží a kvality sněhu v procesu přípravy materiálu pro norskou lyžařskou reprezentaci.
Přístroj dokáže během několika sekund zobra- zit povrch jakéhokoliv pevného materiálu (kov, sklo, plast, vlákna, kůže...), a to bez ohledu na optické vlastnosti povrchu (průhledné, neprůhledné, vysoce reflexní vzorky) nebo okolní světelné podmínky. Laterální rozlišení je 3 um, rozlišení v ose Z je 1 um, měřená plocha má rozměry 17,0 x 14,2 mm. Doba snímání povrchu vzorku je pouhých 100 ms, výsledná 3D topografie povrchu vzorku vzniklá rekonstrukcí naměřených dat je k dispozici za několik sekund. Při snímání povrchu se dotykový elasto- merový senzor (gelová podložka) přitlačí k povrchu vzorku a podobně jako lidská kůže se přizpůsobí jeho tvaru a přesně zachytí topografii povrchu. Zadní strana senzoru s „otiskem povrchu“ se postupně osvítí z růz- ných úhlů vestavěným polem LED diod a obraz je zároveň snímán vestavěnou kamerou s vyso- kým rozlišením. Naměřená data jsou odeslána do ovládacího tabletu, kde je provedena jejich rekonstrukce a je vytvořen 3D model měře- ného povrchu. Celý proces je velmi rychlý a 3D topografie povrchu je k dispozici za něko- lik sekund. Při měření velmi špatně dostupných povrchů je stále možné použít vhodný materiál pro vytvoření otisku a ten následně ihned na místě oskenovat. Obr. 2: Gelová podložka Vzniklý 3D obraz je následně analyzován v softwaru přístroje GelSight Mobile přímo na ovládacím tabletu zařízení (případně je možné použít také notebook). Software umožňuje jak základní měření XY rozměrů na povrchu, hloubek/výšek vůči referenčnímu bodu nebo zobrazení výškového profilu, tak i pokročilá měření, např. průměr a cirkularitu děr, analýzu škrábanců, detekci jamek a drsnost stanovenou z profilu nebo z oblasti na povrchu a stanovení vrcholového průměru. Software nabízí rychlé a uživatelsky přístupné generování protokolů ve formátu PDF, data je možné exportovat do formátu STL pro další 3D analýzu. Software pro analýzu je neustále vylepšován a rozšiřován o nové funkce, mezi nejnovější patří například položka „AI Design“, která umožňuje uživateli vytvořit softwarový modul založený na umělé inteligenci. Modul je napřed vytrénován na sadě již naměřených dat a následně ho lze použít pro automatizovanou analýzu, například pro klasifikaci (zařazení skenu do jedné z předem definovaných kate- gorií – např. druh dřeva, klasifikace brusného
papíru), detekci (označení specifických oblastí ve skenu, například detekce defektů) nebo segmentaci (rozdělení každého pixelu v obraze do daných kategorií a označení přesných hran oblastí na skenu, např. označených přesných oblastí koroze na skenu). Obr. 3: Měření defektu na hraně lopatky
Obr. 4: AI klasifikace brusného papíru
Obr. 5: AI detekce defektu
Obr. 6: AI segmentace defektu
Přístroj GelSight Mobile si můžete vyzkoušet na veletrhu LABOREXPO 2024 na stánku A4 společnosti RMI s.r.o. Ing. Filip JAKEŠ, RMI s.r.o., sale@rmi.cz
37
CHEMAGAZÍN • 3 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - Share PDF online