近日，德國弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)與精密機(jī)械研究所(IOF)成功開發(fā)出一種利用激光和熱輻射進(jìn)行3D掃描的新方法，可精確測(cè)量透明物體的外形。
3D掃描能夠?qū)⑽矬w的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)直接處理的數(shù)字信號(hào)，為實(shí)物數(shù)字化提供方便快捷的手段。目前為止，大多數(shù)非接觸式3D掃描儀都是把激光(點(diǎn)、線或者陣列式)投射到物體表面，隨后根據(jù)物體的反射光來判斷位置信息。但是，光學(xué)3D傳感器通常無法準(zhǔn)確探測(cè)透明物體。因此，在測(cè)量透明物體時(shí)，不得不先將物體臨時(shí)涂上漆，掃描后再費(fèi)時(shí)費(fèi)力地將其清除。具有反射或黑色表面的物體也有同樣的問題。
而IOF研究人員開發(fā)的新方法，不需要對(duì)透明物體進(jìn)行預(yù)處理，即可精確檢測(cè)其外形。該系統(tǒng)的核心是一個(gè)高能二氧化碳激光器，將高功率密度的激光束照射物體，激光能量會(huì)被測(cè)量對(duì)象吸收，并輻射出其中一部分。兩個(gè)熱像儀從不同角度分析這種熱信號(hào)，利用研究所自己開發(fā)的軟件，從兩個(gè)視角的信息來計(jì)算空間圖像點(diǎn)，將它們組合在一起，最后形成測(cè)量對(duì)象的3D數(shù)據(jù)。
整個(gè)過程實(shí)際上是熱成像和三角測(cè)量的結(jié)合。IOF研究人員馬丁·蘭德曼強(qiáng)調(diào)：“隨著從全表面熱模式到窄熱帶的變化，我們進(jìn)一步發(fā)展了該技術(shù)，能夠滿足工業(yè)用3D傳感器的要求。”通過相應(yīng)的光學(xué)器件，研究人員成功將激光的功率聚焦在非常小的表面上，為熱像儀提供了更快的必要對(duì)比度。在160毫米像場(chǎng)寬度時(shí)，生成的3D坐標(biāo)精度能達(dá)到10微米以下。
目前，研究人員正致力于將該技術(shù)推向市場(chǎng)，并針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化。由于測(cè)量過程中的熱能非常低，加熱和未加熱表面之間的溫差通常小于3℃，所以該方法也適用于敏感材料。結(jié)合測(cè)量場(chǎng)的大小以及分辨率和速度，這個(gè)被稱為“熱紅外3D傳感器”(MWIR-3D)的系統(tǒng)適用于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制或自動(dòng)化應(yīng)用。研究人員認(rèn)為，如果將分辨率降低到50微米以下，系統(tǒng)可以在1秒鐘內(nèi)生成3D數(shù)據(jù)集，有望在機(jī)器人技術(shù)中得到應(yīng)用。(記者李山)
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