กลไกการเพิ่มประสิทธิภาพของเลเซอร์สแกนเนอร์ที่ใช้สร้างพื้นผิวในสามมิติ

摘要

บทความนี้นำเสนอกลไกการเพิ่มประสิทธิภาพของเลเซอร์สแกนเนอร์ที่ใช้สร้างพื้นผิวในสามมิติ ในการออกแบบและพัฒนาระบบชุดกลไกการสแกนพื้นผิวสามมิติ พร้อมกับระบบควบคุมรักษาระนาบการเอียงซ้าย-ขวา และควบคุมความเร็วในการก้ม-เงยอย่างสม่ำเสมอ จะถูกนำไปใช้ในการวัด/เก็บข้อมูลที่วัดได้จากเลเซอร์สแกนเนอร์ที่สามารถนำไปติดตั้งไว้บนเรือ ฉะนั้นการวัดตำแหน่งของวัตถุและลักษณะกายภาพของวัตถุจากข้อมูลกลุ่มจุดของเลเซอร์จะมีความถูกต้องและแม่นยำขึ้น ในขั้นตอนการออกแบบได้ทำการทดสอบระบบกลไกด้วยแบบจำลองทางจลศาสตร์ เพื่อคำนวณหาความยาวของแต่ละก้านโยงสำหรับกลไกการเชื่อมต่อแบบสี่ก้านโยง (four-bar linkage mechanism) เพื่อให้ได้มุมก้ม-เงย (pitch angle) ของเลเซอร์สแกนเนอร์ รอบแกน y ในช่วง ±16.5° และ แบบจำลองทางพลศาสตร์จะใช้ช่วยคำนวณหาแรงบิดสูงสุดของมอเตอร์ในแต่ละแกนที่เหมาะสม ในขั้นที่สองจึงพัฒนาระบบควบคุมสองแบบด้วย Arduino ไมโครคอนโทรเลอร์ 1) เพื่อช่วยรักษาเลเซอร์สแกนเนอร์ให้อยู่ในระนาบแนวนอน โดยใช้ระบบควบคุมแบบพีไอดีสำหรับควบคุมมอเตอร์ดีซีตัวบน โดยใช้เอนโค้ดเดอร์ในการป้อนกลับองศาการกลิ้ง (roll angle) รอบแกน x ที่ชี้ไปทางด้านหน้าของหัวเรือ 2) เพื่อให้ได้พื้นผิวข้อมูลกลุ่มจุดของเลเซอร์สแกนเนอร์ในแนวตั้งอย่างสม่ำเสมอจากการเคลื่อนที่แบบก้ม-เงย ของกลไกแบบสี่ก้านโยงที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ดีซีตัวล่าง ด้วยระบบควบคุมแบบป้อนไปข้างหน้าที่ใช้องศาก้ม-เงยจากเซนเซอร์วัดมุมเอียง ซึ่งจะช่วยชดเชยแรงโน้มถ่วงของโลก ในส่วนที่สามจะเป็นสร้างพื้นผิวในสามมิติจากข้อมูลกลุ่มจุดที่วัดได้จากเลเซอร์สแกนเนอร์ในแนวรัศมี ซึ่งจะทำการประมวลผลในรูปแบบพื้นผิวแบบกลุ่มจุดสามมิติในระบบพิกัดคาร์ทีเซียน แล้ววิเคราะห์ค่าความแม่นยำของพื้นผิวที่สร้างขึ้นโดยพิจารณาจากระยะทางในแนวนอนทางสถิตินั้นมีค่าอยู่ในช่วง ±7 เซนติเมตร และ มีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานที่น้อยกว่า 2.2 เซนติเมตร