3D激光三角測量技術可為機器視覺提供深度

傳感器質量和速度、嵌入式視覺、FPGA、激光、光學和智能系統(tǒng)的同步發(fā)展使得3D成像成為當今更加可行的選擇。Z-Trak2是基于TeledyneImaging的3D圖像傳感器技術打造的3D輪廓傳感器系列。Z-Trak23D輪廓傳感器通過穩(wěn)定的5GigE接口提供了高速的線上檢測手段。3D視覺技術正在成為主流--這是件好事。技術的進步和成本的降低使得3D視覺成為一種可以用于半導體和電子、電動車電池制造、汽車制造、食品生產(chǎn)和藥品包裝等多種應用和行業(yè)的技術。人們會在生產(chǎn)制造自動化、機器人引導和質量控制領域中看到3D傳感器和輪廓儀。過去，3D系統(tǒng)處理速度太慢，無法跟上生產(chǎn)，價格過于昂貴，配置難度高，且不易維護。相反的，系統(tǒng)設計人員依靠（1D）和（2D）掃描成像技術復雜的相機和照明配置中執(zhí)行檢測，使用軟件計算深度信息。傳感器質量和速度、嵌入式視覺、FPGA、激光、光學和智能系統(tǒng)的同步發(fā)展使得3D成像成為當今更加可行的選擇?，F(xiàn)在的3D成像技術具有成本低、可靠、可重復、易于實施的優(yōu)勢，并在各種要求嚴苛的應用中得到驗證。雖然1D和2D技術仍在廣泛使用，但現(xiàn)在3D技術幾乎在所有情況下都提供了可靠的替代方案。Z-Trak2是基于TeledyneImaging的3D圖像傳感器技術打造的3D輪廓傳感器系列。Z-Trak23D輪廓傳感器通過穩(wěn)定的5GigE接口提供了高速的線上檢測手段。3D激光三角測量技術使之成為可能的3D成像技術之一是3D激光三角測量。該技術已經(jīng)存在了很長一段時間，但直到最近才取得進展，由于校準的復雜性、有限的掃描速率、所需的計算能力和現(xiàn)場維護成本，它在線上應用中的使用受到了限制。在典型的激光線輪廓儀中，激光線條被投射到物體上，并使用一個2D（區(qū)域/矩陣）圖像傳感器進行成像。在確定激光條紋在圖像傳感器上的位置后，輪廓儀會提供由激光條紋的光學三角測量產(chǎn)生的橫向（X軸）和深度（Z軸）信息。沿著激光線生成的XZ對集稱為輪廓。沿運動方向的兩個連續(xù)輪廓之間的距離構成第三軸（Y）。通過這種方式掃描物體，我們獲得了物體的表面掃描信息（X，Y，Z）。實現(xiàn)性能憑借高速CMOS圖像傳感器的科技進步和現(xiàn)代FPGA的強大功能，快速可靠的嵌入式系統(tǒng)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態(tài)范圍成像效果（HDR）。通過整合各種功能，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(shù)據(jù)傳輸接口，3D輪廓傳感器能夠更好地應對當今在線3D機器視覺應用帶來的挑戰(zhàn)。這些傳感器具有廣泛的光學布置，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。隨著輪廓儀變得更加可靠且技術不斷成熟，用戶可能會更加愿意選擇它作為首選技術。例如，激光三角測量技術對振動有很好的容忍度。通過掃描，小幅振動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增添處理模塊（例如人工智能、像素處理和智能傳感器等）來進一步提高系統(tǒng)的功能。面向更廣泛應用領域的系統(tǒng)設計如今，激光輪廓儀將HDR功能和反射消除算法相結合來測量物體特征，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的物體?，F(xiàn)代電子科技和人工智能（AI）技術的發(fā)展使系統(tǒng)變得更加強大，而且將成本控制在合理范圍內。對于單個3D輪廓傳感器的視野無法滿足要求的應用，用戶可以組合多個3D輪廓儀進行同步檢測，或者在物體需要進行360°檢測的情況下使用多個3D輪廓儀。多傳感器裝置示例此類應用的示例包括大型木板、金屬、石膏板、塑料和各類沖壓件的檢查。每側具有不對稱特征的沖壓件需要在物體周圍使用多個傳感器。這要求所有傳感器都以適當方式進行配置，使得生成的3D圖像能夠以真實方式呈現(xiàn)物體。要實現(xiàn)這一點，所有傳感器需要精確同步以生成組合圖像，方便測量。汽車輪胎的3D檢測是使用3D輪廓傳感器的一個典型應用。局限性和其他需要考慮的問題盡管3D激光三角測量技術在性能、成本和可用性方面有了很大的進步，但仍然需要考慮一些問題才能實現(xiàn)成功的系統(tǒng)集成。由于激光三角測量需要觀察角度，因此遮擋通常是一個問題。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或兩個激光器和多個相機。傳感器還可能限制系統(tǒng)的整體速度和性能。激光散斑也是一個挑戰(zhàn)，它是激光本身產(chǎn)生的固有噪聲，會降低系統(tǒng)的分辨率。主要市場和應用盡管如此，基于3D激光三角測量技術的系統(tǒng)仍然適用于種類繁多的應用，包括電子和半導體生產(chǎn)、機器人、汽車制造和一般工廠自動化等眾多細分市場中的線上高