三维测量技术及方法!
杂谈
作者: 几何测量
2018-03-16 21:52:36
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[ 久闻导读 ] 随着现代科学技术的发展,光学三维测量已经在越来越广泛的领域起到了重要作用。本文主要对接触式三维测量和非接触式三维测量进行了介绍。

1 引言

随着科学技术和工业的发展,三维测量技术在自动化生产、质量控制、机器人视觉、反求工程、CAD/CAM以及生物医学工程等方面的应用日益重要。传统的接触式测量技术存在测量时间长、需进行测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性,因而不能满足现代工业发展的需要。

光学测量是光电技术与机械测量结合的高科技。光学测量主要应用在现代工业检测。借用计算机技术,可以实现快速,准确的测量。方便记录,存储,打印,查询等等功能。

光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于一体的智能化、可视化的高新技术,主要用于对物体空间外形和结构进行扫描,以得到物体的三维轮廓,获得物体表面点的三维空间坐标。随着现代检测技术的进步,特别是随着激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术的发展,三维测量技术逐步成为人们的研究重点。光学三维测量技术由于非接触、快速测量、精度高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工业及服装、玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用。

2 三维测量技术方法及分类

三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标的技术,主要包括接触式和非接触式测量两大类。如图

1所示。

三维测量技术及方法!

非接触式测量

非接触式测量技术是随着近年来光学和电子元件的广泛应用而发展起来的,其测量基于光学原理,具有高效率、无破坏性、工作距离大等特点,可以对物体进行静态或动态的测量。此类技术应用在产品质量检测和工艺控制中,可大大节约生产成本,缩短产品的研制周期,大大提高产品的质量,因而倍受人们的青睐。随着各种高性能器件如半导体激光器LD、电荷耦合器件CCD、CMOS图像传感器和位置敏感传感器PSD等的出现,新型三维传感器不断出现,其性能也大幅度提高,光学非接触测量技术得到迅猛的发展。

非接触式三维测量不需要与待测物体接触,可以远距离非破坏性地对待测物体进行测量。其中,光学非接触式测量是非接触式测量中主要采用的方法。

接触式测量

物体三维接触式测量的典型代表是坐标测量机(CMM,Coordinate Measuring Machine)。CMM是一种大型精密的三坐标测量仪器,它以精密机械为基础,综合应用电子、计算机、光学和数控等先进技术,能对三维复杂工件的尺寸、形状和相对位置进行高精度的测量。

三坐标测量机作为现代大型精密、综合测量仪器,有其显著的优点,包括:

(1)灵活性强,可实现空间坐标点测量,方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸及位置参数;

(2)测量精度高且可靠;

(3)可方便地进行数字运算与程序控制,有很高的智能化程度。

早期的坐标测量机大多使用固定刚性测头,它最为简单,缺点也很多。主要为

(1)测量时操作人员凭手的感觉来保证测头与工件的接触压力,这往往因人而异且与读数之间很难定量描述;

(2)刚性测头为非反馈型测头,不能用于数控坐标测量机上;

(3)必须对测头半径进行三维补偿才能得到真实的实物表面数据。

针对上述缺陷,人们陆续开发出各种电感式、电容式反馈型微位移测头,解决了数控坐标测量机自动测量的难题,但测量时测头与被测物之间仍存在一定的接触压力,对柔软物体的测量必然导致测量误差。另外测头半径三维补偿问题依然存在。三维测头的出现可以相对容易地解决测头半径三维补偿的难题,但三维测头仍存在接触压力,对不可触及的表面(如软表面,精密的光滑表面等)无法测量,而且测头的扫描速度受到机械限制,测量效率很低,不适合大范围测量。

关于光学三维测量技术的各种实现方法及原理,由下一章节为大家介绍。

 

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