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位于德國耶拿的OTTO Vision TechnologyGmbH是圖像處理領域專家，該公司旗下的TFLEX-3A設備是一款先進的3D掃描器，主要用于自動質量控制領域對物體形狀和坐標進行非接觸式測量。TFLEX-3A的增強型圖像處理系統集成了兩臺1,200萬像素的堡盟相機作為立體相機，因此只需一臺設備便可進行高精度3D圖像采集，完成物體尺寸、形狀和位置的檢測，且測量區域在20~200mm之間。

為了快速識別各種不合格項或錯誤源以采取相應的糾正措施，每個生產階段——從首次調試，到首次樣品檢測，再到批量生產過程中的自動采樣——都可以采用非接觸式技術對復雜物體進行3D測量和幾何形狀檢測。FLEX-3A以極小的測量點間距采集物體的3D表面數據，以便在整個表面進行目標值與實際值之間的比較。尤其在沖壓成型行業，許多制造商都在使用OTTO Vision的這套測量系統。“FLEX-3A在其它領域的應用也越來越廣泛，特別是在塑料行業，應用潛力非常大。”OTTO Vision公司總經理Gunter Otto表示。

憑借這款先進的產品，OTTO Vision優化了自身的產品組合——目前只需一臺設備就可以測量20~200mm的區域。為了實現這一點，OTTOVision成功克服了光學技術方面的巨大挑戰。

告別物理目標物

FLEX-3A是一款將相位結構光掃描技術、三角測量技術和攝影測量技術集于一身的全自動多視角3D掃描系統。該系統配備兩臺1,200萬像素USB3.0

相機，一個分辨率為1,440×1,080像素的LED光源，另外還配有一只參考相機，用于提供基準圖像，確保多源圖像配準。根據物體的復雜程度，可從不同角度對物體進行打光和測量。借助可選配的電動物體支架實現一次完整的3D掃描。

圖1 FLEX-3A采用結構光投影技術、三角測量技術和攝影測量技術來構建3D圖像。

圖2 兩臺1,200萬像素的堡盟CX系列相機：用作立體相機采集圖像，構建3D圖像。

這種圖像采集方法已獲得專利：“FLEX-3A中除了集成兩臺相機外，同時還使用了一只固定的參考相機來測定被測物體的位置。這樣，從不同視角拍攝到的局部圖被放在一起后，通過高精度自動圖像轉換技術就可以創建一個完整的3D模型——這完全不需要物理目標物，從而節約時間和成本。” Otto解釋道。通過可選配的電動物體支架，可實現從頂部和底部對物體進行全自動測量。因此，這款通用系統可靈活地用于原型采樣、批量生產過程中的自動樣品檢測，以及已加工部件的進料檢測。

圖3 已獲專利的FLEX-3A圖像采集方法采用三臺相機，完全無需物理目標物。

靈活比較目標值與實際值

用于創建3D模型（包括數據計算和評估）的自動圖像數據采集通過高性能軟件來實現。數字化數據可以是點云，也可以是STL表面網格，能直接與參考模型的坐標系對準。因此，可以將加工工件與相應的CAD模型進行快速和易理解的圖像對比，從而檢測出各種因畸變、收縮、物體未對準甚至是工具磨損而導致的不合格形狀。通過直觀的用戶界面，可直接快速生成各種測量方案、根據部件輕松設置測量參數、定義自動化序列，以及對結構光模式進行調節和優化。此外，如需重新設置測量區域，系統重新校準也非常簡單。

圖4 直觀的用戶界面，可快速方便地選擇和編輯測量方案和參數。

在不同大小的測量區域內完成精確檢測

FLEX-3A可簡單快速地對各種測量區域內的物體尺寸、形狀和位置進行自動化非接觸式3D檢測。即便是測量難以采用接觸式檢測的小尺寸物體，極小的測量點間距也可確保獲得極其精確的比較結果。要改變測量區域，只需更換鏡頭，并采用球體間距儀（sphere-spacing gauge） 對系統重新進行校準。這些工具隨設備一同提供，也可用于監控和記錄測量精度。

圖5 3D彩色視圖可清楚顯示出加工部件與數字模型部件之間的偏差，以便立即采取相應的糾正措施。

切換至USB3.0

OTTO Vision在全新的TFLEX-3A 3D掃描器中首次用到USB接口相機。“我們在很多年前就開始使用堡盟產品，由于雙方建立了良好的合作關系，而且堡盟產品確實非常可靠，因此我們在FLEX-3A中也順理成章地使用了堡盟相機。”Otto解釋道。憑借高達1,200萬的像素、30fps的幀率，以及29× 29mm的外形尺寸，堡盟CX系列VCXU-124相機與FLEX-3A的系統設計要求完美匹配。Sony PregiusCMOS傳感器系列的IMX304相機可提供3D數據采集所要求的高圖像質量。USB3.0接口是一種可靠的單電纜解決方案，具有即插即用特點，因此OTTOVision可節省安裝時間和成本。此外，外殼每個側面都帶M3安裝接口，確保相機的機械集成簡單靈活。由于采用了最優同步相機和數字投影技術，FLEX-3A將相機速度發揮到了極致。

日益增長的3D在線檢測市場

全自動3D物體測量可在生產環境中快速、無間斷地進行，且所獲得的信息密度比接觸式測量技術更高。OTTO Vision認為，這將為全自動3D物體測量帶來巨大的增長潛力。“未來，我們不僅要專注于離線設備，而且還將越來越多地關注3D在線檢測。”Otto表示。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊