聚焦精密測量 揭秘蔡司條紋投影掃描技術"黑科技"
上海2024年12月9日 /美通社/ -- 隨著產業(yè)升級的加速，智能化與數(shù)字化在各行各業(yè)中愈發(fā)重要，推動很多領域逐步實現(xiàn)從二維向三維的躍遷。在此背景下，三維數(shù)據(jù)采集的需求不斷增加。光學三維測量技術可幫助快速獲取高精度三維數(shù)據(jù)，構建精準數(shù)字孿生模型，對工業(yè)生產質量控制及產品信息數(shù)字化至關重要，目前已被眾多企業(yè)采用。條紋投影掃描技術作為光學三維測量技術的代表，憑借其精準、高效、全域測量等優(yōu)勢，成為汽車、電子、能源、醫(yī)療等行業(yè)不可或缺的精密測量工具。蔡司在條紋投影掃描技術方面有著數(shù)十年的經驗積累，蔡司技術團隊專家介紹了該技術助力用戶實現(xiàn)提質增效的"秘籍"。
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條紋投影掃描的基本原理是三角測量法，即通過兩個已知觀測點可計算獲取被測點距離。根據(jù)這一原理，條紋投影掃描通過投影單元將結構化條紋光柵投射到測量對象表面，再通過至少一個帶有傳感器的相機捕捉這些條紋圖案，并進行解碼計算，從而獲取物體表面的三維信息。
圖一：三角測量法
蔡司的條紋投影掃描系統(tǒng)在單次測量中使用固定拍照方式，并應用外差法原理進行結構光編碼，有效減少了成像過程中的隨機誤差，縮短了測量時間，提升了數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和掃描效率。其中，ATOS掃描系列采用三重掃描原理，即除了兩個相機會構成三角測量單元，每個相機還會單獨與投影單元構成三角測量單元。這意味著一次掃描即可同步捕獲被測物體的三組數(shù)據(jù)，可更加快速地獲取細節(jié)特征和溝槽等隱藏區(qū)域的關鍵信息，并且通過三組數(shù)據(jù)相互驗證獲得更多測量冗余數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。同時，相機的固定式拍照方式也能減少人為干預，提高數(shù)據(jù)質量。
圖二：三重掃描原理
ATOS掃描系統(tǒng)單次測量時間大約0.2秒，即可得到1200萬個數(shù)據(jù)點，表現(xiàn)出高測量點密度、高分辨率、高精度、高測量速度、抗干擾性強的特點，并可實時監(jiān)測測量轉換精度，跟蹤自身位置以及測量時的溫度、光線等環(huán)境變化，自動進行補拍和修正，從而實現(xiàn)高質量數(shù)據(jù)采集。單幅掃描之間通過全局精細對齊，可進一步消除單次測量之間差異的影響，更真實地還原部件表面數(shù)據(jù)。
圖三：自我監(jiān)控
從小巧的精密零件，到大型鈑金件，測量對象的尺寸差異巨大。蔡司條紋投影掃描系統(tǒng)的單幅測量范圍覆蓋從50mm到2000mm，可根據(jù)不同應用需求靈活選擇測量范圍，完成從小型到大型部件的各種測量任務。無論是鈑金、注塑還是鑄造部件，都可以應用蔡司掃描系統(tǒng)進行測量。用戶由于對檢測效率、精度的多種不同要求，可能需要配置不同的解決方案，以尋求成本和效益的平衡。蔡司條紋投影掃描系統(tǒng)可以搭配成熟的手動，半自動或全自動掃描系統(tǒng)，用強大的擴展性讓用戶擁有更大的自我掌控和靈活選擇空間。
圖四：自動化掃描
蔡司條紋投影掃描系統(tǒng)配合一站式的ZEISS INSPECT軟件可以應對各項復雜的檢測和測量任務：從全表面偏差檢測、截面檢測的輪廓對比分析，到材料厚度檢測、關鍵尺寸分析、GD&T檢測的多種尺寸分析任務，還可以完成部件間的裝配分析等虛擬分析工作。此外，具有探針測量、反投影、實時跟蹤等多樣化功能，廣泛適用于各種應用場景。
圖五：測量結果分析
條紋投影掃描能夠在質量控制、逆向工程、文物保護、教學科研、虛擬現(xiàn)實等領域發(fā)揮巨大的作用，尤其在質量控制方面，眾多企業(yè)已將其作為標準質量檢測手段，為從研發(fā)到批量生產的完整鏈條提供質量保障。蔡司條紋投影掃描系統(tǒng)實現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)采集、優(yōu)質的數(shù)據(jù)質量以及可追溯的測量結果，憑借獨特優(yōu)勢全面滿足工業(yè)用戶的高端計量需求，為用戶達成轉型和提質目標提供動力。
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