3D視覺(jué)技術(shù)正在成為主流--這是件好事。技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低使得3D視覺(jué)成為一種可以用于半導體和電子、電動(dòng)車(chē)電池制造、汽車(chē)制造、食品生產(chǎn)和藥品包裝等多種應用和行業(yè)的技術(shù)。人們會(huì )在生產(chǎn)制造自動(dòng)化、機器人引導和質(zhì)量控制領(lǐng)域中看到3D傳感器和輪廓儀。

 

過(guò)去，3D系統處理速度太慢，無(wú)法跟上生產(chǎn)，價(jià)格過(guò)于昂貴，配置難度高，且不易維護。相反的，系統設計人員依靠（1D）和（2D）掃描成像技術(shù)復雜的相機和照明配置中執行檢測，使用軟件計算深度信息。

 

傳感器質(zhì)量和速度、嵌入式視覺(jué)、FPGA、激光、光學(xué)和智能系統的同步發(fā)展使得3D成像成為當今更加可行的選擇?，F在的3D成像技術(shù)具有成本低、可靠、可重復、易于實(shí)施的優(yōu)勢，并在各種要求嚴苛的應用中得到驗證。雖然1D和2D技術(shù)仍在廣泛使用，但現在3D技術(shù)幾乎在所有情況下都提供了可靠的替代方案。

 

Z-Trak2 是基于Teledyne Imaging的3D圖像傳感器技術(shù)打造的3D輪廓傳感器系列。Z-Trak2 3D輪廓傳感器通過(guò)穩定的5GigE接口提供了高速的線(xiàn)上檢測手段。

 

3D激光三角測量技術(shù)

 

使之成為可能的3D成像技術(shù)之一是3D激光三角測量。該技術(shù)已經(jīng)存在了很長(cháng)一段時(shí)間，但直到最近才取得進(jìn)展，由于校準的復雜性、有限的掃描速率、所需的計算能力和現場(chǎng)維護成本，它在線(xiàn)上應用中的使用受到了限制。

 

在典型的激光線(xiàn)輪廓儀中，激光線(xiàn)條被投射到物體上，并使用一個(gè)2D（區域/矩陣）圖像傳感器進(jìn)行成像。在確定激光條紋在圖像傳感器上的位置后，輪廓儀會(huì )提供由激光條紋的光學(xué)三角測量產(chǎn)生的橫向（X軸）和深度（Z軸）信息。沿著(zhù)激光線(xiàn)生成的XZ對集稱(chēng)為輪廓。沿運動(dòng)方向的兩個(gè)連續輪廓之間的距離構成第三軸（Y）。通過(guò)這種方式掃描物體，我們獲得了物體的表面掃描信息（X，Y，Z）。

實(shí)現性能

 

憑借高速CMOS圖像傳感器的科技進(jìn)步和現代FPGA的強大功能，快速可靠的嵌入式系統允許3D輪廓傳感器（針對給定的測量范圍）提供更大的視野以及前所未有速度的高動(dòng)態(tài)范圍成像效果（HDR）。通過(guò)整合各種功能，如支持漫反射和鏡面反射配置的功能，以及5-GigE這樣的高速數據傳輸接口，3D輪廓傳感器能夠更好地應對當今在線(xiàn)3D機器視覺(jué)應用帶來(lái)的挑戰。這些傳感器具有廣泛的光學(xué)布置，使用可擴展的處理架構，并提供低至幾微米的高度和寬度分辨力。

 

更好的可用性和集成性

 

集成式激光三角測量輪廓儀使用和設置更方便，并且不需要特殊的照明布置。通過(guò)巧妙平衡輪廓儀設計的各種構成模塊（圖像傳感器、激光能力、光路、機械和電子部件），可以以相對較低的成本獲得準確的測量結果。

 

隨著(zhù)輪廓儀變得更加可靠且技術(shù)不斷成熟，用戶(hù)可能會(huì )更加愿意選擇它作為首選技術(shù)。例如，激光三角測量技術(shù)對振動(dòng)有很好的容忍度。通過(guò)掃描，小幅振動(dòng)可以幫助減少激光散斑所產(chǎn)生的整體噪聲。

 

巧妙的架構設計讓您可以通過(guò)增添處理模塊（例如人工智能、像素處理和智能傳感器等）來(lái)進(jìn)一步提高系統的功能。

 

面向更廣泛應用領(lǐng)域的系統設計

 

如今，激光輪廓儀將HDR功能和反射消除算法相結合來(lái)測量物體特征，盡管表面反射程度不同。除了對人眼安全的紅色激光外，還提供藍色激光配置的機型，適用于掃描表面反射性較強或對紅色激光不可見(jiàn)的物體。

 

現代電子科技和人工智能（AI）技術(shù)的發(fā)展使系統變得更加強大，而且將成本控制在合理范圍內。對于單個(gè)3D輪廓傳感器的視野無(wú)法滿(mǎn)足要求的應用，用戶(hù)可以組合多個(gè)3D輪廓儀進(jìn)行同步檢測，或者在物體需要進(jìn)行360°檢測的情況下使用多個(gè)3D輪廓儀。

 

多傳感器裝置示例

 

此類(lèi)應用的示例包括大型木板、金屬、石膏板、塑料和各類(lèi)沖壓件的檢查。每側具有不對稱(chēng)特征的沖壓件需要在物體周?chē)褂枚鄠€(gè)傳感器。這要求所有傳感器都以適當方式進(jìn)行配置，使得生成的3D圖像能夠以真實(shí)方式呈現物體。要實(shí)現這一點(diǎn)，所有傳感器需要精確同步以生成組合圖像，方便測量。

 

汽車(chē)輪胎的3D檢測是使用3D輪廓傳感器的一個(gè)典型應用。

 

局限性和其他需要考慮的問(wèn)題

 

盡管3D激光三角測量技術(shù)在性能、成本和可用性方面有了很大的進(jìn)步，但仍然需要考慮一些問(wèn)題才能實(shí)現成功的系統集成。由于激光三角測量需要觀(guān)察角度，因此遮擋通常是一個(gè)問(wèn)題。遮擋是由幾何三角測量引起的輪廓儀定位角度產(chǎn)生的陰影。一種解決方案是使用一個(gè)或兩個(gè)激光器和多個(gè)相機。傳感器還可能限制系統的整體速度和性能。激光散斑也是一個(gè)挑戰，它是激光本身產(chǎn)生的固有噪聲，會(huì )降低系統的分辨率。

 

主要市場(chǎng)和應用

 

盡管如此，基于3D激光三角測量技術(shù)的系統仍然適用于種類(lèi)繁多的應用，包括電子和半導體生產(chǎn)、機器人、汽車(chē)制造和一般工廠(chǎng)自動(dòng)化等眾多細分市場(chǎng)中的線(xiàn)上高度測量。

 

 

工業(yè)

 

●在線(xiàn)檢測

●體積測量

●機器人引導

●間隙和段差測量

●表面檢測

 

電子

 

●芯片導線(xiàn)檢測

●BGA和微型BGA檢測

●錫膏檢測

●PCB裸板和裝配板檢測

 

機器視覺(jué)

 

●零件檢測

●零件識別

●壓印OCR

●壓印條形碼

●胎圈檢測

●抓取-貼裝

●木材和木料檢測

●角度測量
（來(lái)源：Teledyne Dalsa，作者：Inder Kohli, 3D成像技術(shù)高級產(chǎn)品經(jīng)理，）