位于德國耶拿的OTTO Vision TechnologyGmbH是圖像處理領(lǐng)域專(zhuān)家，該公司旗下的TFLEX-3A設備是一款先進(jìn)的3D掃描器，主要用于自動(dòng)質(zhì)量控制領(lǐng)域對物體形狀和坐標進(jìn)行非接觸式測量。TFLEX-3A的增強型圖像處理系統集成了兩臺1,200萬(wàn)像素的堡盟相機作為立體相機，因此只需一臺設備便可進(jìn)行高精度3D圖像采集，完成物體尺寸、形狀和位置的檢測，且測量區域在20~200mm之間。

為了快速識別各種不合格項或錯誤源以采取相應的糾正措施，每個(gè)生產(chǎn)階段——從首次調試，到首次樣品檢測，再到批量生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)采樣——都可以采用非接觸式技術(shù)對復雜物體進(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表面數據，以便在整個(gè)表面進(jìn)行目標值與實(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?！癋LEX-3A在其它領(lǐng)域的應用也越來(lái)越廣泛，特別是在塑料行業(yè)，應用潛力非常大?！監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——目前只需一臺設備就可以測量20~200mm的區域。為了實(shí)現這一點(diǎn)，OTTOVision成功克服了光學(xué)技術(shù)方面的巨大挑戰。

告別物理目標物

FLEX-3A是一款將相位結構光掃描技術(shù)、三角測量技術(shù)和攝影測量技術(shù)集于一身的全自動(dòng)多視角3D掃描系統。該系統配備兩臺1,200萬(wàn)像素USB3.0

相機，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，用于提供基準圖像，確保多源圖像配準。根據物體的復雜程度，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(dòng)物體支架實(shí)現一次完整的3D掃描。

圖1 FLEX-3A采用結構光投影技術(shù)、三角測量技術(shù)和攝影測量技術(shù)來(lái)構建3D圖像。

圖2 兩臺1,200萬(wàn)像素的堡盟CX系列相機：用作立體相機采集圖像，構建3D圖像。

這種圖像采集方法已獲得專(zhuān)利：“FLEX-3A中除了集成兩臺相機外，同時(shí)還使用了一只固定的參考相機來(lái)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(guò)高精度自動(dòng)圖像轉換技術(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物，從而節約時(shí)間和成本?！?Otto解釋道。通過(guò)可選配的電動(dòng)物體支架，可實(shí)現從頂部和底部對物體進(jìn)行全自動(dòng)測量。因此，這款通用系統可靈活地用于原型采樣、批量生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)樣品檢測，以及已加工部件的進(jìn)料檢測。

圖3 已獲專(zhuān)利的FLEX-3A圖像采集方法采用三臺相機，完全無(wú)需物理目標物。

靈活比較目標值與實(shí)際值

用于創(chuàng )建3D模型（包括數據計算和評估）的自動(dòng)圖像數據采集通過(guò)高性能軟件來(lái)實(shí)現。數字化數據可以是點(diǎn)云，也可以是STL表面網(wǎng)格，能直接與參考模型的坐標系對準。因此，可以將加工工件與相應的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、物體未對準甚至是工具磨損而導致的不合格形狀。通過(guò)直觀(guān)的用戶(hù)界面，可直接快速生成各種測量方案、根據部件輕松設置測量參數、定義自動(dòng)化序列，以及對結構光模式進(jìn)行調節和優(yōu)化。此外，如需重新設置測量區域，系統重新校準也非常簡(jiǎn)單。

圖4 直觀(guān)的用戶(hù)界面，可快速方便地選擇和編輯測量方案和參數。

在不同大小的測量區域內完成精確檢測

FLEX-3A可簡(jiǎn)單快速地對各種測量區域內的物體尺寸、形狀和位置進(jìn)行自動(dòng)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果。要改變測量區域，只需更換鏡頭，并采用球體間距儀（sphere-spacing gauge） 對系統重新進(jìn)行校準。這些工具隨設備一同提供，也可用于監控和記錄測量精度。

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

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?！拔覀冊诤芏嗄昵熬烷_(kāi)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?？煽?，因此我們在FLEX-3A中也順理成章地使用了堡盟相機?！監tto解釋道。憑借高達1,200萬(wàn)的像素、30fps的幀率，以及29× 29mm的外形尺寸，堡盟CX系列VCXU-124相機與FLEX-3A的系統設計要求完美匹配。Sony PregiusCMOS傳感器系列的IMX304相機可提供3D數據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可節省安裝時(shí)間和成本。此外，外殼每個(gè)側面都帶M3安裝接口，確保相機的機械集成簡(jiǎn)單靈活。由于采用了最優(yōu)同步相機和數字投影技術(shù)，FLEX-3A將相機速度發(fā)揮到了極致。

日益增長(cháng)的3D在線(xiàn)檢測市場(chǎng)

全自動(dòng)3D物體測量可在生產(chǎn)環(huán)境中快速、無(wú)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認為，這將為全自動(dòng)3D物體測量帶來(lái)巨大的增長(cháng)潛力?！拔磥?lái)，我們不僅要專(zhuān)注于離線(xiàn)設備，而且還將越來(lái)越多地關(guān)注3D在線(xiàn)檢測?！監tto表示。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊