文档介绍：光学三维测量技术与应用
【摘要】随着科学技术的发展,光学三维测量技术逐渐被应用到各个领域中去,特别是航空航天领域得到了广泛的应用。光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于一体的智能化,也是一种可视化高新技术,它能独自的完成复杂形体的点、面、形,同时也能实现非接触测量。本文主要对光学三维测量技术与应用进行了探究和分析,首先对三维测量技术进行了详细的介绍,然后对常用的光学三维测量的基本原理进行了分析,最后对光学三维测量技术应用进行了探究。
【关键词】光学、三维测量技术、应用
一、前言
自从改革开放以来,我国的经济和科学技术在不断的发展,光学三维测量技术由于具有非接触、快速测量以及精度高的优点,所以在机械、汽车、航空航天以及服装等领域得到了广泛的应用,同时光学三维测量数据通过简单的处理就可以使用了,无需复杂的数据后处,这样就给各个领域的实际工作带来了很大的方便。此外,光学三维测量技术是可视化的高新技术,可以用于对物体空间外形和结构进行扫描,这样就可以得到物体的三维轮廓,从而获得物体表面点的三维空间坐标。
二、三维测量技术
三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标的技术,主要包括接触式和非接触式测量两大类。
1、接触式测量
物体三维接触式测量的典型代表是三坐标测量机。它以精密机械为基础,综合应用电子、计算机、光学和数控等先进技术,能对三维复杂工件的尺寸、形状和相对位置进行高精度的测量。三坐标测量机作为现代大型精密、综合测量仪器,有其显著的优点,包括:灵活性强,可实现空间坐标点测量,方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸及位置参数;测量精度高且可靠;可方便地进行数字运算与程序控制,有很高的智能化程度。缺点是测量速度慢,对环境要求较高。
2、非接触测量法
非接触式三维测量不需要与待测物体接触,可以远距离非破坏性地对待测物体进行测量。常用的非接触式三维测量波谱:微波适合于大尺度三维测量领域,采用三角测量原理或者利用飞行时间法获取物体的三维信息。由于微波波长较长,衍射形成的爱里斑半径较大,角度分辨率低,不能满足工业制造技术的要求,常用于航空航天领域。超声波受到波长的限制,分辨率也不高,但由于可以穿透介质,可以实现零件材料内部的三维无损检测探伤,在工业检测领域得到广泛的应用,但由于需要耦合介质,限制超声探伤的应用范围。与微波和超声波相比,光波波长短,在300nm(紫外)到 3um (红外)范围内的光学三维传感器的角度分辨率和深度分辨率比微波和超声波高10到10数量级,主要通过三角法或者飞行时间法获得物体的深度信息,在三维测量领域运用的最多。
三、常用的光学三维测量基本原理
常用的光学三维测量基本原理有3种:飞行时间法、干涉法和三角法。
飞行时间法:飞行时间法是基于三维面形对结构光束产生的时间调制,一般采用激光,通过测量光波的飞行时间来获得距离信息,结合附加的扫描装置使光脉冲扫描整个待测对象就可以得到三维数据。飞行时间法以对信号检测的时间分辨率来换取距离测量精度,要得到高的测量精度,测量系统必须要有极高的时间分辨率,常用于大尺度远距离的测量。
干涉法:干涉测量是将一束相干光通过分光系统分成测量光和参考光,利用测量光波与参考光波的相干叠加来确定两束光之间的相位差,从而获得物体表面的深度信息。这种方法测量精度高,但测量范围