用於高解析度3D測量的藍光光學掃描技術

最新 02-09

掃描左方二維碼

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有各種各樣的方法來執行自動化、高精度測量，每種方法都有各自的優點。對於測量特定特徵（例如孔）來說，接觸測量方法更為有效，它可以確保這些孔處於其應有的位置，且形狀和大小準確無誤。當需要掃描整個形狀，用於對零件進行逆向設計時，光學測量則更為有效。光學技術可以提供一個完整、詳細的表面圖像。由於光學掃描圖像一次覆蓋整個視野而不是一個點，因此可以很快完成掃描。

用三角測量法觀察深度和輪廓

識別輪廓時需要判斷與固定點的相對距離，但不能僅僅從某個單一角度進行。如果你閉上一隻眼睛，就會失去深度的感知力，自然也就無法有效地判斷距離或輪廓。我們人類之所以能夠判斷深度，是由於我們可以用兩隻眼睛從不同的角度去觀察同一個物體。然後，我們會在心理上使其形成一個三角形，以確定物體表面上每一個點的相對距離，之後通過擴展可以得到其輪廓。

例如，利用CAD模型中創建的「線框」圖像也可以看到同樣的效果。如果從垂直於表面的角度觀察物體，投影在彎曲模型的輪廓表面上的線條可能會呈直線狀。但當物體旋轉遠離直視角度時，這些線條便開始彎曲，顯示曲面的輪廓。這就是光學掃描所具有的功能。

紅色激光與藍光掃描

目前有多種技術用於光學掃描，其中主要的兩種技術是紅色激光掃描和藍光掃描。紅色激光掃描較為簡單，通常只需少量培訓即可掌握，甚至可以使用手持設備完成。它的缺點在於不太精確，在反射表面上使用時尤為明顯。藍光的波長較短，適合於許多反射表面，其均勻的頻率範圍使其比白光更精確。

藍光技術通過三角測量攝影鏡頭的視線和將「條紋」圖案投射到被測表面上的光源的視線來識別輪廓，然後使用軟體將多個圖像轉換成三維表示。這本質上是一個攝影過程，取決於供應商，涉及一種條紋圖案投影儀和一兩個攝像頭。在任一種情況下，使用高精度旋轉工作台轉動被掃描的物體，即可實現360度全景顯示。在某些情況下，經過360度完全掃描後，轉動物體，然後再次通過完全旋轉進行掃描，可獲得球形而非圓柱形的視圖。

單個與多個攝像頭

多個攝像頭的問題在於，其視圖僅在各自視野重疊的位置才有效。因此，實際上兩個攝像頭的視野比單個攝像頭還小。如果兩個攝像頭的目的是形成三角形以用來測量輪廓，那麼該功能可以由單鏡頭設計提供，由單鏡頭和投影儀進行三角測量。並且因為兩個攝像頭對目標的視角略有不同，因此得出的測量結果可能沒有單個攝像頭所產生的單一WYSIWYG圖像清晰。

攝像頭和投影儀使用可互換鏡頭來覆蓋一系列不同尺寸的視野。這樣便可以檢查從非常小的零件到整個車輛的任何東西。更換鏡頭後，以及在其他情況下，必須對攝像頭進行須重新校準以確保其最高精度。由於顯而易見的原因，在單攝像頭裝置中更換鏡頭和重新校準比使用雙攝像頭時更簡單。

圖像解析度

掃描圖像的解析度由所選視野和攝像頭本身的解析度共同決定。例如，如果採用視野相同的鏡頭，1600萬像素的攝像頭將比500萬像素的攝像頭具有更高的解析度。然而，解析度較低的攝像頭可以通過縮小每個圖像的視野與解析度較高的攝像頭的圖像解析度相搭配。這就需要大量的圖像來創建最終的3D圖像，並明顯減慢進程。

解析度較低的攝像頭成本較低，如果僅掃描相對較小的物體則完全勝任。如果沒有時間限制，它也能以高解析度掃描較大的物體。

藍光掃描儀的軟體可以將多個掃描圖像組合成3D表面圖像，可以進行存儲、旋轉、擴展和其他檢查，以對零件或組件做出評估。該軟體可以創建一個「點雲」，即表示掃描對象的一組點。攝像頭和視野決定點的密度，這些點實質上代表虛擬對象的像素。軟體演算法可消除各圖像之間的重疊，以便以STL（立體光刻）形式創建一個無縫數據集。STL文件可用於檢測和質量控制、工具和模型製作、逆向工程和快速製造等。

軟體使用的難點在於識別多個圖像之間的重疊點。在某些系統中，將可見的「目標」放到正在掃描的物體上即可完成識別，就像電影「動作捕捉」系統在一個綠光屏前的演員身上放置可見的目標，然後處理視頻圖像，即可在演員動作之後的場景中創建一個角色。

同樣，光學掃描儀的軟體與匹配鄰近圖像中的目標相匹配，可以將組件圖像定位到完整的最終圖像中。安裝和移除目標需要時間，並且必須對目標進行正確定位，以確保所有圖像都可以集成到最終圖像中。另一種方法是使用能夠識別掃描對象本身特徵的軟體，將其定義為目標，並使用它們來對齊各個圖像。這種方法需要使用一些更精密的軟體，但它簡化了掃描過程，同時確保了最大的精確度。

結論

光學掃描是捕獲物體表面輪廓的首選技術。選擇系統時的選項包括：

· Red laser vs. blue light, blue light being the more precise of the two

紅色激光與藍光，其中藍光技術的精確度更高

· Single or dual cameras

單攝像頭或雙攝像頭

· Camera resolution

攝像頭解析度

· Attached targets vs. feature recognition for image matching

附加目標與圖像匹配的特徵識別

· General software capabilities

一般軟體功能