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蔡司三维光学扫描系统的测量原理及应用案例
发布日期:2018-11-14 16:13:45

   蔡司三维光学扫描仪量测技术采用三角测量原理准确获取工件表面完整三维数据的高性能光学扫描量测系统是一款先进的的解决方案。与传统接触式测量方法相比,非接触式蔡司光学扫描测量方法更快,获取的数据信息量更多。 光学扫描量测方法获得的数据密度是接触式测量法远远无法企及的。采用光学量测法可轻易获得接触式测量法无法获取的精细/ 复杂曲面结构的数据。此外,采用光学量测法,扫描工件后,获取的数据可长期存储在电脑中,即便该工件已经不复存在,扫 描获得的数据仍可在任何需要的时候进行编辑处理。

  蔡司三维光学扫描系统的量测原理光学扫描系统采用三角测量方法(见下图)进行工作:即对投影在物体表面并反射接收到的数据进行量测(非物体本身)。 激光光束/L3d 光束投影到工件表面,由投影镜头旁的接收相机,即位置分辨光电二极管或 CCD 线,进行接收。当工件与投 影镜头间的距离发生改变,光线反射角度也发生改变,导致接收到的图像位置发生改变,根据三角函数原理,工件与投影镜头 的距离得到准确计算。 图像接收器由光学敏感元件组成,可确定反射光点在图像上的位置,根据该图像位置,计算得出投影镜头与工件的距离。 三角测量技术的优点是其仅受三角函数变量关系影响。从而可进行持续的测量,尤其适用于移动测量。 为避免环境光线与非均匀性物体表面反射光的影响,需确保测量光点足够小并足够亮。故而,三角测量法扫描头经常采用脉冲 式工作方式。

  该方法仅适用于短距离测量,因为光敏度随着从发射端到反射端的距离增加而进行 4 次方级数的递减(双向式吸收), 大多数 情况下,光学发射器(投影镜头)与图像接收器(接收相机)集成在一个壳体中。

  

 蔡司三维扫描仪

  上述图表显示不同距离的三角函数关系,根据三角函数关系,x - xo 的距离由测得的 x1 - x′o 之间的值决定。

  

 蔡司三维扫描仪

  扫描头的基本构成

  三维光学扫描系统在逆向工程中的应用逆向工程通常指使用一定的测量手段,对实物进行测量,根据测量数据,通过三维几何建模方法对工件的全部轮廓或部分轮廓 进行 CAD 数模重构。适用于对全新设计模型或经部分修改的工件,通过扫描获取表面区域三维数据并通过简单步骤转换成 CAD 数模格式。

  对工件点云数据进行格栅化,格栅尽可能细小精准。根据事先 定义的坐标系进行数据对齐。

  

 

  工件点云数据

  根据获取的点云数据生成三角网格(STL 格式)

  

 蔡司三维扫描仪

  工件三角网格 STL 格式

  用 CAD 可读格式将三角网格分割成小块区域。

  三维光学扫描系统在质量控制中的应用质量控制领域相关应用目标是:准确获取工件实际三维尺寸数据,并将获取的数据与设计部设定的数据进行比对,从而确定可 能的偏差范围。即:将实际采集/测量获得的点云数据与标定数据(CAD 数模)进行比对。此量测法亦可用于确定几何元素的形 位公差。

  测量任务 1 

  -完成表面扫描,获取三维数据

  -CAD 数模进行比对

  -生成色差图报告

  -计算间隙缺损或盈余

  测量任务 2 

  -完成表面扫描,获取三维数据

  - CAD 数模进行比对

  -生成色差图报告

  -计算几何数据

  三维光学扫描系统在可视化与虚拟装配中的应用虚拟装配建立在采用三维光学扫描系统对实际位置进行扫描,确定三维位置(数据)基础上。 例如,对汽车内饰如驾驶室的坐椅,方向盘等部件进行量测与评估从而使之符合人体工程学的设计要求。 扫描获得数据可输出至特定软件以作后继分析。

  三维光学扫描系统在虚拟装配与气密性评估中的应用 虚拟装配也指对各部件进行虚拟装配并对相互间的密封性状况进行评估。

  通常情况下,各部件在各自的生产基地进行扫描(这些生产基地可散布于世界各地),获取相关三维数据。 对测得的各部件数据进行虚拟装配后,可对装配后的部件之间的间隙进行检验评估。 采用此方法,可模拟生产流程,提前对各部件装配尺寸进行设计评估,无需进行复杂的实际装配工序。

  结论通过以上分析,凭借当今业界各位同仁的洞察力与见识,是时候考虑用最新的光学扫描系统替代传统方法,来提高工作效率, 降低投资成本,获取高精度的测量结果。

  与传统的接触式测量设备蔡司三坐标(CMM 三坐标)相比,三维光学扫描设备可获取工件全方位三维尺寸,即便工件结束测量从设备上 移除,仍可随时进行数据评估与分析。 三维光学扫描设备具有数据存储安全,数据处理速度快,灵活性高的优点,是传统方法无法比拟的。

  蔡司三维光学扫描设备既可快速,准确地获取工件表面/曲面三维数据亦可进行高精度形位公差分析,具有无可比拟的优势。同时, 三维光学扫描设备作为非接触式测量手段,适用于对柔性材料进行非变形/非接触式测量。用三维光学扫描设备测量获得的数据 可作为质量检验,产品设计,以及批量生产的标准依据。

  高度人性化/灵活的设计,使得 ZEISS OPTOTECHNIK 蔡司三维光学扫描系统还可集成于任何移动(机械臂)或固定(支架)的量测部件上。

      以上是蔡司三坐标授权代理商昆山友硕为您整理的蔡司三维光学测量仪的工作原理及应用案例。希望能对您有所帮助。更多问题可以在线或电话咨询我们。