光学3D测量

20年独立的3D机器视觉专业知识

全系列光学三维测量技术允许选择最具成本效益和一流的技术解决方案,无论制造商、品牌或某一项技术,Solarius是您在您的工业4.0的数字化质量保证的创新和进步的保证。

三维探测和再现技术表面的特征,无论是形貌,纹理或摩擦学参数,是由各种不同的物理光学成像原理实现的。这些光学成像原理允许对技术表面进行真实、完整和快速的数字化处理,并在此基础上对这些数据进行实时、自动和可靠的分析,以便监测和控制过程以及实际保证产品质量。对这些数字化表面进行存档,还可以在任何时候以容易和透明的方式实现审计跟踪或结果的后续可验证性。技术表面的光学三维测量技术是工业生产全面数字化的一个基本组成部分,使您的生产线能够“直观地检查”当前的工艺结果。因为它能让机器“看到”自己的动作,光学三维计量学对高科技项目工业4.0作出了贡献。

利用各种三维成像原理,生成形状、纹理、粗糙度和图层的数字图像。每一项3D成像原理都显示了物体在个性上的自然优势和弱点。根据表面的性质、工件的材料或产品的最终用途,特定的成像原理可能比其他原理更有利。在应用光学计量学和独立选择技术方面的经验是必不可少的。此外,每一项成像原理,经过20多年密集、工业应用的光学三维计量,已经开发出各种变体的技术实施和设计,以最好地解决自身的自然弱点。众多相互竞争的技术和供应商,及其各自的优势和劣势,使得为特定任务或更广泛的任务选择合适的技术是一个复杂而重要的决定。

Solarius公司集团提供了广泛而全面的光学三维测量系统和技术,用于数字化以及以下技术表面的计量分析。基于一个完整的技术平台,可以为每个测量应用确定最佳系统或技术的组合。Solarius基于20年在全球自动化、工业3D测量技术和光学3D表面检测和图像处理领域的专家团队的经验,独立于为您的个人任务选择最经济和技术上最佳的解决方案。

 

光学传感器类型


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2D / 3D 光学点传感器

光学点传感器是用于各种扫描计量应用的成本效率和节省空间的替代方案,或者代替具有最新的非接触3D计量的触觉轮廓测量系统。彩色共焦和激光点三角测量传感器技术在Solarius点传感器产品的组合中提供了最精确的ISO标准测量结果。

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2D / 3D光学线传感器

对于需要高进给速率和/或连续测量的扫描应用,2D和3D线传感器是最理想仪器。Solarius提供各种2D和3D彩色或单色共聚焦线传感器技术以及基于不同光源和技术实现的三角测量传感器,适用于广泛的表面测量任务。

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2D / 3D光学矩阵传感器

光学矩阵传感器是最常见的2D视觉应用,以及三维显微镜系统的边缘技术。基于矩阵传感器的Solarius产品被实现为干涉、共聚焦或焦点变化原理。三维矩阵传感器系统致力于边缘技术,三维测量任务,需要最高的分辨率和精度。

 

成像原理


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共聚焦显微镜

单色共聚焦显微镜是一种光学成像技术,通过利用空间针孔阻挡图像形成中的聚焦光,导出三维表面形貌。捕捉样本中不同深度的多个二维图像可以重建对象内的三维结构。该技术广泛应用于科学和工业社区,通常应用于生命科学、半导体检验和材料科学。该技术的优势在于其获得非常高的空间分辨率和对比度的能力,使其成为对于平滑和透明多层材料、粗糙表面或对象内强烈变化的反射率进行粗糙度和几何测量的理想选择。这种技术的弱点是它无法捕捉更陡的边缘、薄层以及其相当低的测量速度。目前有很多高速的共聚焦系统,然而,与三角测量系统相比,高容量制造能力仅限于技术应用的边缘。共聚焦技术可以与焦点变化结合以提高图像质量,尤其是在较陡的边缘上。

 

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彩色共聚焦显微镜

彩色共焦显微镜在原理上与单色共焦技术类似。然而,彩色共聚焦不是用针孔阻挡非焦点上的光,而是利用光学色散原理在离传感器不同的距离创建不同的、独立的共聚焦状态。通过使用分光镜,或更快和更简单的彩色滤光片,可以检测到不同波长的共聚焦波峰。通过这种与颜色相关的距离测量,三维形貌可以从测量对象和几何图形中得到。彩色共聚焦探头可以测量和穿透透明材料,检测不同材料之间的几个接触面,从而计算厚度。点共聚焦系统的计量特性与笔探针相近,是笔轮廓仪的一种常用非接触式替代。彩色共聚焦技术的优缺点与单色共聚焦技术相当,主要区别在于横向分辨率相对较低,颜色敏感性较小,取决于具体的技术实施,高效率,其成本效益相对较高。

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干涉法

3D干涉测量法是一种利用波干涉现象重建表面形貌的测量方法。特别地,位移测量干涉测量法被广泛地用于表面的表征。通过使用两个相干光束,其中一个光束暴露于物体的表面并且第二个光束保持没有调制,当这两个光束叠加时,可以形成干涉图案。因为可见光的波长非常短,所以可以检测两个光束之间的光程长度上的差异的小变化。与共聚焦技术相似,这种技术在生命科学、半导体检验和材料科学中是很常见的。干涉式3D成像技术的优势在于非常高的垂直分辨率,允许甚至在亚微米范围内测量透明薄膜和层可靠性。虽然干涉测量法仍然比激光三角测量慢,但它比共聚焦测量要快。干涉测量的主要弱点是它在横向分辨率不如共聚焦系统,以及它对振动非常敏感。

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全息干涉法

全息干涉法是一种使光学粗糙表面物体的静态或动态位移能够被测量到光学干涉测量精度的技术。测量结果可用于应力应变分析和振动分析。此外,它还可用于检测透明介质中的光程长度变化,例如,使流体流动能够被可视化和分析。而且,它还可以用来生成表示曲面形状的轮廓。全息术是记录物体散射的衍射光,然后进行三维图像绘制的过程。这一过程可以通过数字全息中的数字传感器阵列来实现。如果将记录的场叠加在散射于理想和平面物体上的场上,则这两个场将是相同的。但是,当物体表面发生小变形时,光的相对相位就会发生变化,并且可以观察到干涉现象。全息干涉测量可以提高粗糙表面的三维测量,但它不能克服横向分辨率的限制和对振动的敏感性。其在工业三维计量中的应用范围有限,但成为测量微震动量的一种常见应用。

 

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变焦

基于焦点变化的三维传感器将光学系统的一小段深度聚焦与垂直扫描结合起来,获取物体表面的形状和颜色信息。使用该技术的光学系统,利用小范围的变焦高度,获取物体在一定距离内的表面高清晰度成像。但表面形态的所有其他区域都显得模糊不清。通过采集不同距离的多幅二维图像,与共聚焦系统相似,可以从每幅二维图像中选择高清晰度的区域,重建三维表面形貌。利用图像处理算法对图像进行微分,而不是在共聚焦系统中存在针孔。焦点变化被用于工业以及实验室和大规模生产中的科学应用。当然,变焦技术的优点,与共焦聚和干涉测量方法相比,它具有更高的速度、获得更陡的边缘处理的能力以及在上述三角测量水平上保持分辨率的能力。它的缺点是无法检测到光滑透明的表面,以及许多散射或高度动态的三维物体形态。

 

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三角

三角测量传感器由光生成投影单元和矩阵相机成像系统组成。光的形式,可以是被投射到一个物体表面的一个点,一条线,甚至是彩色编码线或正弦图案的复杂排列。用一条单线为例,如果被测几何表面不平整,将会显示一条扭曲的线,如果表面平整,就会显示一条直线。这种扭曲可以通过阵列相机获得。由于相机和投影单元之间的距离是固定的,通过已知的投影和成像角度,根据三角形的三角规则,可以计算出物体的距离。扫描一个物体,就可以得到一个三维的表面形态图。三角传感器测量在三维成像中应用非常广泛,其应用范围从大型汽车零部件到千分尺范围内的几何图形。三角传感器测量提供了无与伦比的测量速度,适用于大广泛的零件尺寸测量,并且对生产环境具有很强的适应性。三角传感器技术的缺点是获取镜像曲面的能力有限,受阴影干扰以及有限的分辨率。