3D 激光三角测量：为机器视觉带来深度
3D 视觉正在成为主流——这是一件好事。技术进步和成本降低现在使 3D 视觉技术可以应用于各种应用和行业，包括半导体和电子、电动汽车电池制造、汽车制造、食品生产和药品包装。您会在生产车间、自动化、机器人引导和质量控制中找到 3D 传感器和轮廓仪。
过去，3D 系统速度太慢，跟不上生产速度，成本太高，配置太难，维护也太难。相反，系统设计人员依靠线 (1D) 和区域 (2D) 扫描成像在相机和照明的复杂布置中执行检查，并使用软件推断深度信息。
传感器质量和速度、嵌入式视觉、FPGA、激光、光学和智能系统的并行进步使 3D 成像成为当今更加可行的选择。现在，3D 成像技术成本低、可靠、可重复、易于实施，并在各种要求苛刻的应用中得到验证。虽然 1D 和 2D 仍在广泛使用，但 3D 现在几乎在所有情况下都提供了可靠的替代方案。
Z-Trak2是基于 Teledyne Imaging 的 3D 图像传感器技术构建的 3D 轮廓传感器系列。Z-Trak2 3D 轮廓传感器通过坚固的 5GigE 接口提供高速、在线检测。
3D 激光三角测量
使这成为可能的 3D 成像技术之一是 3D 激光三角测量。该技术已经存在了很长一段时间，但在最近取得进展之前，由于校准的复杂性、有限的扫描速率、所需的计算能力和现场维护成本，它在在线应用中的使用受到限制。
在典型的激光线轮廓仪中，激光条纹被投射到物体上并使用 2D（区域/矩阵）图像传感器成像。在确定图像传感器上激光条纹的位置后，轮廓仪会给出由激光条纹的光学三角测量产生的横向（X 轴）和深度（Z 轴）信息。沿激光线生成的一组 XZ 对称为轮廓。运动方向上两个连续轮廓之间的距离构成第 3轴(Y)。通过以这种方式扫描物体，我们获得了物体的表面扫描（X，Y，Z）。
实现性能
随着高速 CMOS 图像传感器的进步和现代 FPGA 的强大功能，快速可靠的嵌入式系统允许 3D 轮廓传感器提供更大的视场（对于给定的测量范围）和高动态范围成像（HDR ) 以前所未有的速度。通过结合诸如支持漫反射和镜面反射配置的功能以及 5-GigE 等高速数据传输接口等功能，3D 轮廓传感器能够更好地应对当今在线 3D 机器视觉应用所带来的挑战。这些传感器提供各种光学布置，使用可扩展的处理架构，并提供低至几微米的高度和宽度分辨率。
更好的可用性和集成性
集成激光三角剖分仪更易于使用和设置，并且不需要特殊的照明布置。通过仔细平衡轮廓仪设计的各种构建模块（图像传感器、激光功能、光路、机械和电子），可以以相对较低的成本获得准确的测量结果。
随着分析器变得更加可靠和技术成熟，用户可能会更容易接受并愿意选择它作为首选技术。例如，激光三角测量可以非常耐受振动。通过扫描，微小的振动可以帮助减少由激光散斑产生的整体噪声。
巧妙的架构设计允许您通过添加处理模块（例如人工智能、像素处理和智能传感器等）来进一步提高系统的功能。
适用于更广泛应用领域的系统设计
今天的激光轮廓仪结合了 HDR 功能和反射消除算法来测量物体特征，尽管表面反射率不同。除了人眼安全的红色激光外，还提供蓝色激光配置型号，适用于扫描表面反射性很强或红色激光不可见的物体。
现代电子和人工智能 (AI) 的发展使系统变得更加强大，而且成本合理。对于单个 3D 轮廓传感器的视场不足的应用，用户可以组合多个 3D 轮廓仪进行同步检查或对象需要 360° 检查的情况。
此类应用的示例包括检查大型木板、金属板、石膏板、塑料板和各种类型的挤压件。每侧具有不对称特征的挤压部件需要在物体周围使用多个传感器。这要求所有传感器都以这样一种方式配置，即生成的 3D 图像是对象的真实表示。这要求所有传感器精确同步以生成组合图像以简化测量。
限制和进一步考虑
尽管 3D 激光三角测量在性能、成本和可用性方面取得了进步，但在成功的系统集成中仍然需要考虑一些问题。因为激光三角测量需要观察角度，所以遮挡常常是个问题。遮挡是由几何三角剖分引起的轮廓仪定位角度产生的阴影。一种解决方案是使用一个或两个激光器和多个相机。传感器还可能限制系统的整体速度和性能。激光散斑也是一个挑战，它是激光器本身产生的固有噪声，降低了系统的分辨率。
主要市场和应用
尽管如此，基于 3D 激光三角测量的系统仍适用于范围广泛的应用，包括电子和半导体生产、机器人、汽车制造和工厂自动化等众多细分市场中的在线高度测量。
工业的
在线计量
体积测量
机器人引导
间隙和齐平测量
表面检测
电子产品
芯片引线检查
BGA 和微型 BGA 检测
锡膏检查
裸露和填充 PCB 检测
机器视觉
零件检查
零件识别
浮雕 OCR
压纹条码
珠子检查
挑选和放置
木材和木材检验
角度测量
