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位于德國耶拿的OTTO Vision TechnologyGmbH是圖像處理領(lǐng)域?qū)＜遥摴酒煜碌腡FLEX-3A設(shè)備是一款先進(jìn)的3D掃描器，主要用于自動質(zhì)量控制領(lǐng)域?qū)ξ矬w形狀和坐標(biāo)進(jìn)行非接觸式測量。TFLEX-3A的增強(qiáng)型圖像處理系統(tǒng)集成了兩臺1,200萬像素的堡盟相機(jī)作為立體相機(jī)，因此只需一臺設(shè)備便可進(jìn)行高精度3D圖像采集，完成物體尺寸、形狀和位置的檢測，且測量區(qū)域在20~200mm之間。

為了快速識別各種不合格項(xiàng)或錯(cuò)誤源以采取相應(yīng)的糾正措施，每個(gè)生產(chǎn)階段——從首次調(diào)試，到首次樣品檢測，再到批量生產(chǎn)過程中的自動采樣——都可以采用非接觸式技術(shù)對復(fù)雜物體進(jìn)行3D測量和幾何形狀檢測。FLEX-3A以極小的測量點(diǎn)間距采集物體的3D表面數(shù)據(jù)，以便在整個(gè)表面進(jìn)行目標(biāo)值與實(shí)際值之間的比較。尤其在沖壓成型行業(yè)，許多制造商都在使用OTTO Vision的這套測量系統(tǒng)。“FLEX-3A在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，特別是在塑料行業(yè)，應(yīng)用潛力非常大。”O(jiān)TTO Vision公司總經(jīng)理Gunter Otto表示。

憑借這款先進(jìn)的產(chǎn)品，OTTO Vision優(yōu)化了自身的產(chǎn)品組合——目前只需一臺設(shè)備就可以測量20~200mm的區(qū)域。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，OTTOVision成功克服了光學(xué)技術(shù)方面的巨大挑戰(zhàn)。

告別物理目標(biāo)物

FLEX-3A是一款將相位結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)、三角測量技術(shù)和攝影測量技術(shù)集于一身的全自動多視角3D掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備兩臺1,200萬像素USB3.0

相機(jī)，一個(gè)分辨率為1,440×1,080像素的LED光源，另外還配有一只參考相機(jī)，用于提供基準(zhǔn)圖像，確保多源圖像配準(zhǔn)。根據(jù)物體的復(fù)雜程度，可從不同角度對物體進(jìn)行打光和測量。借助可選配的電動物體支架實(shí)現(xiàn)一次完整的3D掃描。

圖1 FLEX-3A采用結(jié)構(gòu)光投影技術(shù)、三角測量技術(shù)和攝影測量技術(shù)來構(gòu)建3D圖像。

圖2 兩臺1,200萬像素的堡盟CX系列相機(jī)：用作立體相機(jī)采集圖像，構(gòu)建3D圖像。

這種圖像采集方法已獲得專利：“FLEX-3A中除了集成兩臺相機(jī)外，同時(shí)還使用了一只固定的參考相機(jī)來測定被測物體的位置。這樣，從不同視角拍攝到的局部圖被放在一起后，通過高精度自動圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)就可以創(chuàng)建一個(gè)完整的3D模型——這完全不需要物理目標(biāo)物，從而節(jié)約時(shí)間和成本。” Otto解釋道。通過可選配的電動物體支架，可實(shí)現(xiàn)從頂部和底部對物體進(jìn)行全自動測量。因此，這款通用系統(tǒng)可靈活地用于原型采樣、批量生產(chǎn)過程中的自動樣品檢測，以及已加工部件的進(jìn)料檢測。

圖3 已獲專利的FLEX-3A圖像采集方法采用三臺相機(jī)，完全無需物理目標(biāo)物。

靈活比較目標(biāo)值與實(shí)際值

用于創(chuàng)建3D模型（包括數(shù)據(jù)計(jì)算和評估）的自動圖像數(shù)據(jù)采集通過高性能軟件來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化數(shù)據(jù)可以是點(diǎn)云，也可以是STL表面網(wǎng)格，能直接與參考模型的坐標(biāo)系對準(zhǔn)。因此，可以將加工工件與相應(yīng)的CAD模型進(jìn)行快速和易理解的圖像對比，從而檢測出各種因畸變、收縮、物體未對準(zhǔn)甚至是工具磨損而導(dǎo)致的不合格形狀。通過直觀的用戶界面，可直接快速生成各種測量方案、根據(jù)部件輕松設(shè)置測量參數(shù)、定義自動化序列，以及對結(jié)構(gòu)光模式進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。此外，如需重新設(shè)置測量區(qū)域，系統(tǒng)重新校準(zhǔn)也非常簡單。

圖4 直觀的用戶界面，可快速方便地選擇和編輯測量方案和參數(shù)。

在不同大小的測量區(qū)域內(nèi)完成精確檢測

FLEX-3A可簡單快速地對各種測量區(qū)域內(nèi)的物體尺寸、形狀和位置進(jìn)行自動化非接觸式3D檢測。即便是測量難以采用接觸式檢測的小尺寸物體，極小的測量點(diǎn)間距也可確保獲得極其精確的比較結(jié)果。要改變測量區(qū)域，只需更換鏡頭，并采用球體間距儀（sphere-spacing gauge） 對系統(tǒng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。這些工具隨設(shè)備一同提供，也可用于監(jiān)控和記錄測量精度。

圖5 3D彩色視圖可清楚顯示出加工部件與數(shù)字模型部件之間的偏差，以便立即采取相應(yīng)的糾正措施。

切換至USB3.0

OTTO Vision在全新的TFLEX-3A 3D掃描器中首次用到USB接口相機(jī)。“我們在很多年前就開始使用堡盟產(chǎn)品，由于雙方建立了良好的合作關(guān)系，而且堡盟產(chǎn)品確實(shí)非常可靠，因此我們在FLEX-3A中也順理成章地使用了堡盟相機(jī)。”O(jiān)tto解釋道。憑借高達(dá)1,200萬的像素、30fps的幀率，以及29× 29mm的外形尺寸，堡盟CX系列VCXU-124相機(jī)與FLEX-3A的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求完美匹配。Sony PregiusCMOS傳感器系列的IMX304相機(jī)可提供3D數(shù)據(jù)采集所要求的高圖像質(zhì)量。USB3.0接口是一種可靠的單電纜解決方案，具有即插即用特點(diǎn)，因此OTTOVision可節(jié)省安裝時(shí)間和成本。此外，外殼每個(gè)側(cè)面都帶M3安裝接口，確保相機(jī)的機(jī)械集成簡單靈活。由于采用了最優(yōu)同步相機(jī)和數(shù)字投影技術(shù)，F(xiàn)LEX-3A將相機(jī)速度發(fā)揮到了極致。

日益增長的3D在線檢測市場

全自動3D物體測量可在生產(chǎn)環(huán)境中快速、無間斷地進(jìn)行，且所獲得的信息密度比接觸式測量技術(shù)更高。OTTO Vision認(rèn)為，這將為全自動3D物體測量帶來巨大的增長潛力。“未來，我們不僅要專注于離線設(shè)備，而且還將越來越多地關(guān)注3D在線檢測。”O(jiān)tto表示。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊