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关键词：3D尺寸形状定位系统,非接触式测量,机器视觉,高速相机

背景：

先进制造技术的发展，在复杂三维曲面的快速测量中有着广泛的应用，但测量精度受到测量系统本身非线性误差、被测物体表面特征和环境要求等多方面的影响。

基于机器视觉的3D尺寸形状定位系统相对于人工或传统机械方式而言，属于非接触式测量，这种非接触测量方法既可以避免对被测对象的损坏又适合被测对象不可接触的情况，如高温、高压、流体、环境危险等场合；同时机器视觉系统可以同时对多个尺寸一起测量，使得测量工作能快速完成，适于在线测量；而对于微小尺寸的测量又是机器视觉系统的长处，它可以利用高倍镜头放大被测对象，使得测量精度达到微米以上。

系统组成：

3D尺寸形状定位系统包括Photonfocus 3D高速相机，千兆网计算机（标准工控机），科天健光电廓形分析订制软件，高精度线激光器等。

系统特性：

1、该系统采用非接触式的光学测量手段，不会对被被测物体造成成任何影响。

2、系统支持高速测量，检测速度大大超过常规的检测手段，断面采样间隔时间可达到3ms以下。

3、数据高速存储于硬件设备中作为永久性的数据库，可为检测分析与相关科学研究提供翔实准确的数据源。

4、数据存储空间大并且扩展性好，只存储3D轮廓数据，则1T硬盘数据可记录400万个断面。

5、检测精度在亚毫米级，对于微小的伤损与磨耗特征十分敏感。

应用介绍：

3D尺寸形状定位系统能够自动测量产品的外观尺寸，比如外形轮廓、孔径、高度、面积的尺寸的测量。

科天健为某企业开发的道钉检测是3D形状尺寸定位系统的典型应用案例。为了提高在换轨工程作业中换轨车的工程作业效率，系统采用3D激光测量方法，通过将激光线打在物体表面，高速相机以一定角度拍摄激光线，并对激光线进行处理、提取和判断，测量道钉在一定高度上的形状判断道钉是否存在松动或遗漏等异常现象。该系统安装在换轨车上，随着换轨车运动，检测出去掉螺帽的道钉，获取道钉的偏移，位置与里程，提高换轨作业自动化水平和作业速度。

图1.1 道钉模拟图

此外，该系统还具有表面缺陷检测功能，如检测包装正误，物体表面有无刮伤或颗粒、破损、有无油污灰尘等。

例如科天健与某公司合作的钢轨廓形检测系统通过3D尺寸形状测量，将钢轨廓形准确的构陷出来，将它与标准轮廓数据进行对比，可以直观的测出钢轨的磨耗，测量精度达到0.1mm以下。

图2 在实验室中采集到铁轨轮廓的点云数据

除了以上应用，科天健开发的3D尺寸形状定位系统还有很多可应用方向。