輪廓儀是一種常見的測量儀器，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車、航空航天、電子、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，輪廓儀可以對物體進(jìn)行三維測量，獲取物體的尺寸、形狀等各種參數(shù)，為工業(yè)生產(chǎn)提供重要數(shù)據(jù)。本文將介紹輪廓儀的測量原理。

 

　　一、概述

 

　　輪廓儀的基本原理是通過采用光學(xué)影像測量方法對工件進(jìn)行非接觸式3D測量，除了可以測量工件的各種三維參數(shù)以外，還能夠?qū)ぜ男螤?、表面質(zhì)量等進(jìn)行分析研究。輪廓儀是利用三角形相似關(guān)系和影像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際操作中可以分為兩類：線掃描式和面掃描式。

 

　　線掃描式輪廓儀是利用物體表面反射光線和輪廓儀上的攝像機(jī)成像原理完成測量的，通過模擬人類的目視測量方式，將物體劃成一系列的測量段，每段用一條逆向運(yùn)動(dòng)的測量線沿物體表面掃描并采集數(shù)據(jù)，重復(fù)此過程后將所有的數(shù)據(jù)組合成一個(gè)3D模型。線掃描式的輪廓儀通常有一個(gè)CCD相機(jī)或者是掃描個(gè)頭，相機(jī)或掃描個(gè)頭會(huì)以特定的角度觀察物體，再通過光柵或者是旋轉(zhuǎn)鏡反射出的光線去觀察工件表面的細(xì)節(jié)信息。

 

　　1. 光柵或者是旋轉(zhuǎn)鏡的選擇都是重要的

 

　　在選擇光柵和旋轉(zhuǎn)鏡這兩種方案時(shí)需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求去考慮，對于需要高精度的測量，推薦使用旋轉(zhuǎn)鏡方案，其精度達(dá)到像級(jí)別，在視角方向上是連續(xù)的，感覺上比光柵的掃描方式更加穩(wěn)定；而當(dāng)需要快速地采集大量點(diǎn)云信息時(shí)，則推薦使用光柵。.

 

　　2. 測量線的移動(dòng)是關(guān)鍵

 

　　線掃描式輪廓儀在進(jìn)行測量時(shí)，測量線的移動(dòng)關(guān)系到輪廓儀的測量精度。移動(dòng)的頻率必須與采樣頻率鎖定，否則將會(huì)丟失圖像信號(hào)并可能導(dǎo)致測量出現(xiàn)誤差。此外，線掃描測量時(shí)需要注意掃描線與物體表面的最佳夾角；夾角不宜過?。ㄈ缧∮?0度），否則影像數(shù)據(jù)可能無法清晰采集。

 

　　3. 相機(jī)的校準(zhǔn)對測量結(jié)果影響極大

 

　　即使的相機(jī)，也無法保證攝像機(jī)的成像與實(shí)際物體的表面一一對應(yīng)。因此，在使用輪廓儀進(jìn)行測量之前必須對攝像機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。相機(jī)校正分為單點(diǎn)校正和全局校正兩種，一般情況下需要進(jìn)行全局校正以消除相機(jī)的畸變。

 

　　4. 數(shù)據(jù)處理的同時(shí)要注意刪除掉一些明顯的誤差點(diǎn)

 

　　進(jìn)行完測量之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)測得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，有些點(diǎn)的位置明顯是錯(cuò)誤的。這些錯(cuò)誤點(diǎn)可能是由于灰度測量時(shí)間過長導(dǎo)致的，或者是因?yàn)槲矬w表面有遮擋或者漏光導(dǎo)致某些點(diǎn)的位置不可靠。因此，在數(shù)據(jù)處理的過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況刪除或調(diào)整這些錯(cuò)誤點(diǎn)。
 

 

　　三、面掃描式

 

　　與線掃描式輪廓儀不同，面掃描式輪廓儀采用逐個(gè)掃描的方式，直接通過激光束對工件表面進(jìn)行掃描，獲取工件的三維形狀。在工作時(shí)，面掃描式輪廓儀會(huì)在不停地舞蹈發(fā)出一束激光線，通過測量工件表面到激光線的時(shí)間來確定物體表面的位置信息。相比于線掃描式輪廓儀，面掃描式輪廓儀能夠快速地獲取物體表面的精確數(shù)據(jù)，但是對于表面的光澤和特定紋理的物體測量有著一定的限制。

 

　　1. 適合測量光澤度低或光澤度勻稱的工件

 

　　面掃描式輪廓儀的測量結(jié)果受物體表面光澤度的影響比較大，因此只適合測量光澤度低或光澤度勻稱的物體。

 

　　2. 激光功率的控制是關(guān)鍵

 

　　激光功率的大小會(huì)影響掃描的深度，因此需要充分考慮要測量的物體，選擇合適的功率。通常在進(jìn)行測量前，可以先進(jìn)行功率測試，根據(jù)測試結(jié)果設(shè)置合適的功率。

 

　　3. 在測量曲面物體時(shí)，需要嚴(yán)格控制掃描角度

 

　　曲面物體視覺檢測難度大，因?yàn)榍嫖矬w的表面具有充分發(fā)揮表面光澤度和反射特性，若想得到合格的結(jié)果必須保證掃描時(shí)的角度越接近垂直越好。
 

 

　　四、總結(jié)

 

　　通過對線掃描式和面掃描式輪廓儀的測量原理的介紹，可以看出兩者各有優(yōu)勢。對于需要精度較高的測量，線掃描式輪廓儀更為適合。而面掃描式輪廓儀則具有快速掃描、測量深度大等優(yōu)勢。但不論是哪種輪廓儀，都需要掌握好運(yùn)用技巧及注意事項(xiàng)，才能夠確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性的。