3D視覺(jue)技(ji)(ji)術正在成為主(zhu)流(liu)--這是件好事。技(ji)(ji)術的(de)進步(bu)和(he)(he)成本的(de)降低使得3D視覺(jue)成為一種(zhong)可以(yi)用于半(ban)導體(ti)和(he)(he)電子、電動車電池制造、汽(qi)車制造、食品(pin)生產和(he)(he)藥品(pin)包裝等多(duo)種(zhong)應用和(he)(he)行(xing)業的(de)技(ji)(ji)術。人們會在生產制造自動化、機器人引(yin)導和(he)(he)質(zhi)量控制領域中看到3D傳感器和(he)(he)輪廓儀。
過去，3D系統(tong)處(chu)理速(su)度(du)太慢，無法跟上生(sheng)產，價格過于(yu)昂貴(gui)，配(pei)置難度(du)高(gao)，且不易維(wei)護。相(xiang)反的，系統(tong)設計人(ren)員依靠（1D）和（2D）掃描成像技術(shu)復(fu)雜的相(xiang)機和照明配(pei)置中執行檢測，使用軟件(jian)計算深(shen)度(du)信息。
傳感器質(zhi)量和速度、嵌入式視(shi)覺、FPGA、激(ji)光、光學和智能(neng)系統(tong)的(de)(de)(de)同步發展使得(de)3D成像成為當今(jin)更加可(ke)(ke)行的(de)(de)(de)選擇。現(xian)在的(de)(de)(de)3D成像技(ji)術(shu)具有成本低、可(ke)(ke)靠、可(ke)(ke)重(zhong)復、易于(yu)實施的(de)(de)(de)優勢(shi)，并(bing)在各種要(yao)求嚴苛的(de)(de)(de)應用中得(de)到驗證。雖然1D和2D技(ji)術(shu)仍(reng)在廣泛使用，但現(xian)在3D技(ji)術(shu)幾乎(hu)在所有情(qing)況下(xia)都提供了可(ke)(ke)靠的(de)(de)(de)替(ti)代(dai)方案。
Z-Trak2 是基于Teledyne Imaging的(de)3D圖像傳(chuan)感器技(ji)術打造的(de)3D輪廓傳(chuan)感器系列。Z-Trak2 3D輪廓傳(chuan)感器通過穩(wen)定的(de)5GigE接口提供(gong)了高(gao)速的(de)線上檢測(ce)手(shou)段。
3D激光三角測量技術
使(shi)之(zhi)成為可能(neng)的3D成像技(ji)術(shu)之(zhi)一是3D激(ji)光三角測量。該技(ji)術(shu)已經存在(zai)了(le)很(hen)長一段時間，但直到最(zui)近(jin)才(cai)取(qu)得進(jin)展，由(you)于校準(zhun)的復雜性、有限的掃描速率、所(suo)需的計算能(neng)力(li)和現場維護成本，它在(zai)線上應用中的使(shi)用受到了(le)限制(zhi)。
在典型的(de)激光(guang)(guang)線(xian)輪廓(kuo)儀(yi)中，激光(guang)(guang)線(xian)條被投射到(dao)物(wu)體上，并使(shi)用一個2D（區域/矩陣）圖像傳感器(qi)進(jin)行成像。在確定激光(guang)(guang)條紋在圖像傳感器(qi)上的(de)位置后，輪廓(kuo)儀(yi)會(hui)提(ti)供由激光(guang)(guang)條紋的(de)光(guang)(guang)學(xue)三角測(ce)量產生(sheng)的(de)橫向（X軸(zhou)(zhou)）和深度（Z軸(zhou)(zhou)）信息。沿著激光(guang)(guang)線(xian)生(sheng)成的(de)XZ對集稱為輪廓(kuo)。沿運動方向的(de)兩(liang)個連續輪廓(kuo)之(zhi)間的(de)距離(li)構成第三軸(zhou)(zhou)（Y）。通過這種方式掃描物(wu)體，我(wo)們獲得(de)了物(wu)體的(de)表面掃描信息（X，Y，Z）。
實現性能
憑借高速CMOS圖像傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的科(ke)技進步和現代(dai)FPGA的強大(da)功能(neng)，快速可靠的嵌入(ru)式系統允許3D輪廓(kuo)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)（針對(dui)給定的測量(liang)范圍(wei)）提供更(geng)大(da)的視(shi)野以及前(qian)所未有(you)速度的高動態范圍(wei)成像效果（HDR）。通過整合各種功能(neng)，如(ru)支持漫(man)反射(she)和鏡面反射(she)配置的功能(neng)，以及5-GigE這樣的高速數據(ju)傳(chuan)(chuan)輸接(jie)口，3D輪廓(kuo)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)能(neng)夠(gou)更(geng)好地應(ying)對(dui)當今在線3D機器(qi)視(shi)覺應(ying)用帶(dai)來(lai)的挑戰。這些傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)具有(you)廣泛的光學(xue)布置，使用可擴(kuo)展(zhan)的處(chu)理架(jia)構，并提供低至幾(ji)微米的高度和寬度分辨力。
更好的可用性和集成性
集成(cheng)式激光三角測(ce)量(liang)輪(lun)廓(kuo)儀使用和(he)設置更方便，并且不需要特殊的照(zhao)明布(bu)置。通過巧妙平衡輪(lun)廓(kuo)儀設計的各種構成(cheng)模(mo)塊（圖像傳感(gan)器、激光能力、光路、機械和(he)電子部件），可以以相(xiang)對較(jiao)低的成(cheng)本(ben)獲(huo)得(de)準確的測(ce)量(liang)結果。
隨著輪廓儀(yi)變(bian)得(de)更(geng)加可(ke)靠且技術(shu)不斷成熟(shu)，用戶可(ke)能會更(geng)加愿意(yi)選擇它作為首選技術(shu)。例(li)如，激光(guang)三角測量(liang)技術(shu)對振動有很好(hao)的(de)容忍度。通過(guo)掃描，小幅振動可(ke)以幫助減(jian)少激光(guang)散斑(ban)所(suo)產生(sheng)的(de)整體噪(zao)聲。
巧(qiao)妙的(de)(de)架構(gou)設計讓(rang)您可(ke)以通(tong)過增添(tian)處理(li)模塊（例如(ru)人工智能、像素處理(li)和智能傳感器等(deng)）來進一步提高(gao)系(xi)統的(de)(de)功(gong)能。
面向更廣泛應用領域的系統設計
如(ru)今，激光(guang)(guang)輪廓儀(yi)將HDR功能和反射消除(chu)算法相結(jie)合來測量物(wu)體特征，盡管(guan)表(biao)面(mian)反射程度(du)不同。除(chu)了對(dui)人眼安全的(de)紅(hong)色(se)(se)激光(guang)(guang)外，還(huan)提供藍色(se)(se)激光(guang)(guang)配置的(de)機型，適用于掃描表(biao)面(mian)反射性較強或對(dui)紅(hong)色(se)(se)激光(guang)(guang)不可(ke)見的(de)物(wu)體。
現代(dai)電子科技(ji)和人工智能(neng)（AI）技(ji)術(shu)的(de)發展(zhan)使系(xi)統變得更加強(qiang)大，而(er)且將成本控(kong)制在合理范圍(wei)內。對于(yu)單個3D輪廓(kuo)傳感器的(de)視(shi)野無法滿足要求的(de)應用(yong)，用(yong)戶可以組合多個3D輪廓(kuo)儀(yi)進(jin)(jin)行(xing)同(tong)步檢測，或者在物體需(xu)要進(jin)(jin)行(xing)360°檢測的(de)情況下(xia)使用(yong)多個3D輪廓(kuo)儀(yi)。
多傳感(gan)器(qi)裝置(zhi)示例
此類應用(yong)的(de)示例(li)包括(kuo)大型木板(ban)(ban)、金屬、石膏板(ban)(ban)、塑料和(he)各類沖壓(ya)件(jian)的(de)檢查。每(mei)側具有不對(dui)稱特(te)征(zheng)的(de)沖壓(ya)件(jian)需要在物體周(zhou)圍(wei)使用(yong)多個(ge)傳感器(qi)。這要求所有傳感器(qi)都(dou)以(yi)適當方式進行配置(zhi)，使得生成的(de)3D圖(tu)像能夠以(yi)真實方式呈現(xian)物體。要實現(xian)這一點，所有傳感器(qi)需要精確同(tong)步(bu)以(yi)生成組合圖(tu)像，方便測(ce)量。
汽車輪(lun)胎的(de)3D檢(jian)測(ce)是使(shi)用(yong)3D輪(lun)廓(kuo)傳(chuan)感器(qi)的(de)一(yi)個典(dian)型應(ying)用(yong)。
局限性和其他需要考慮的問題
盡管3D激(ji)(ji)(ji)光三角(jiao)測(ce)量技(ji)術在(zai)性能(neng)、成(cheng)本(ben)和(he)可用性方面(mian)有了很大的(de)(de)進步，但仍然需要考慮(lv)一些問題才能(neng)實現(xian)成(cheng)功的(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)集成(cheng)。由于激(ji)(ji)(ji)光三角(jiao)測(ce)量需要觀察(cha)角(jiao)度，因此遮(zhe)擋通常是一個(ge)問題。遮(zhe)擋是由幾何三角(jiao)測(ce)量引(yin)起(qi)的(de)(de)輪廓(kuo)儀(yi)定位(wei)角(jiao)度產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)陰(yin)影。一種解決方案是使用一個(ge)或兩個(ge)激(ji)(ji)(ji)光器和(he)多個(ge)相機。傳感器還(huan)可能(neng)限制系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)整體(ti)速度和(he)性能(neng)。激(ji)(ji)(ji)光散斑也是一個(ge)挑(tiao)戰(zhan)，它是激(ji)(ji)(ji)光本(ben)身產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)固有噪聲，會(hui)降低系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)分辨(bian)率。
主要市場和應用
盡管如此，基于(yu)3D激光三(san)角測量技術的(de)系(xi)統(tong)仍然適(shi)用(yong)于(yu)種類繁多(duo)的(de)應用(yong)，包括電子和半導體(ti)生產(chan)、機器人、汽車制(zhi)造(zao)和一般(ban)工(gong)廠自動化等(deng)眾多(duo)細分市(shi)場中(zhong)的(de)線上高度測量。
