聚焦精密測(cè)量 揭秘蔡司條紋投影掃描技術(shù)"黑科技"

上海2024年12月9日 /美通社/ -- 隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)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(dòng)很多領(lǐng)域逐步實(shí)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(xué)三維測(cè)量技術(shù)可幫助快速獲取高精度三維數(shù)據(jù)，構(gòu)建精準(zhǔn)數(shù)字孿生模型，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制及產(chǎn)品信息數(shù)字化至關(guān)重要，目前已被眾多企業(yè)采用。條紋投影掃描技術(shù)作為光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)的代表，憑借其精準(zhǔn)、高效、全域測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，成為汽車、電子、能源、醫(yī)療等行業(yè)不可或缺的精密測(cè)量工具。蔡司在條紋投影掃描技術(shù)方面有著數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)積累，蔡司技術(shù)團(tuán)隊(duì)專家介紹了該技術(shù)助力用戶實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的"秘籍"。

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條紋投影掃描的基本原理是三角測(cè)量法，即通過兩個(gè)已知觀測(cè)點(diǎn)可計(jì)算獲取被測(cè)點(diǎn)距離。根據(jù)這一原理，條紋投影掃描通過投影單元將結(jié)構(gòu)化條紋光柵投射到測(cè)量對(duì)象表面，再通過至少一個(gè)帶有傳感器的相機(jī)捕捉這些條紋圖案，并進(jìn)行解碼計(jì)算，從而獲取物體表面的三維信息。

圖一：三角測(cè)量法

蔡司的條紋投影掃描系統(tǒng)在單次測(cè)量中使用固定拍照方式，并應(yīng)用外差法原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)光編碼，有效減少了成像過程中的隨機(jī)誤差，縮短了測(cè)量時(shí)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(gè)相機(jī)會(huì)構(gòu)成三角測(cè)量單元，每個(gè)相機(jī)還會(huì)單獨(dú)與投影單元構(gòu)成三角測(cè)量單元。這意味著一次掃描即可同步捕獲被測(cè)物體的三組數(shù)據(jù)，可更加快速地獲取細(xì)節(jié)特征和溝槽等隱藏區(qū)域的關(guān)鍵信息，并且通過三組數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證獲得更多測(cè)量冗余數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。同時(shí)，相機(jī)的固定式拍照方式也能減少人為干預(yù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

圖二：三重掃描原理

ATOS掃描系統(tǒng)單次測(cè)量時(shí)間大約0.2秒，即可得到1200萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，表現(xiàn)出高測(cè)量點(diǎn)密度、高分辨率、高精度、高測(cè)量速度、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)量轉(zhuǎn)換精度，跟蹤自身位置以及測(cè)量時(shí)的溫度、光線等環(huán)境變化，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)拍和修正，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集。單幅掃描之間通過全局精細(xì)對(duì)齊，可進(jìn)一步消除單次測(cè)量之間差異的影響，更真實(shí)地還原部件表面數(shù)據(jù)。

圖三：自我監(jiān)控

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從小巧的精密零件，到大型鈑金件，測(cè)量對(duì)象的尺寸差異巨大。蔡司條紋投影掃描系統(tǒng)的單幅測(cè)量范圍覆蓋從50mm到2000mm，可根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活選擇測(cè)量范圍，完成從小型到大型部件的各種測(cè)量任務(wù)。無論是鈑金、注塑還是鑄造部件，都可以應(yīng)用蔡司掃描系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。用戶由于對(duì)檢測(cè)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(dòng)，半自動(dòng)或全自動(dòng)掃描系統(tǒng)，用強(qiáng)大的擴(kuò)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(dòng)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(yīng)對(duì)各項(xiàng)復(fù)雜的檢測(cè)和測(cè)量任務(wù)：從全表面偏差檢測(cè)、截面檢測(cè)的輪廓對(duì)比分析，到材料厚度檢測(cè)、關(guān)鍵尺寸分析、GD&T檢測(cè)的多種尺寸分析任務(wù)，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(cè)量、反投影、實(shí)時(shí)跟蹤等多樣化功能，廣泛適用于各種應(yīng)用場(chǎng)景。

圖五：測(cè)量結(jié)果分析

條紋投影掃描能夠在質(zhì)量控制、逆向工程、文物保護(hù)、教學(xué)科研、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，尤其在質(zhì)量控制方面，眾多企業(yè)已將其作為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量檢測(cè)手段，為從研發(fā)到批量生產(chǎn)的完整鏈條提供質(zhì)量保障。蔡司條紋投影掃描系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)采集、優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)質(zhì)量以及可追溯的測(cè)量結(jié)果，憑借獨(dú)特優(yōu)勢(shì)全面滿足工業(yè)用戶的高端計(jì)量需求，為用戶達(dá)成轉(zhuǎn)型和提質(zhì)目標(biāo)提供動(dòng)力。