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ATOS光学扫描仪的工作原理

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ATOS光学扫描仪的工作原理
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ATOS光学扫描仪的工作原理
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编辑时间 : 2020-03-19
相关标签 : 逆向工程

随着市场竞争日趋激烈,高效率、低成本、个性化已成为企业提高竞争力的重要手段。在产品设计领域,传统的正向设计方法在很多情况下已难以满足现代工业快节奏的要求,而与之相对应的逆向工程技术则正在得到快速发展及应用。逆向工程可通过扫描测量设备,将真实存在的立体信息转换为可用计算机直接处理的数字信号,并用于CAD/CAM,从而能大大提高设计、生产效率,可使产品研制周期缩短40%以上。因此,ATOS光学扫描仪深入研究逆向工程技术,对于提高我国的科学研究和制造技术水平具有重要意义。

ATOS流动式光学扫描仪是德国GOM公司开发生产的一种可应用于产品开发、逆向工程、快速成型和质量控制的三维扫描测量设备,具有测量范围大、扫描速度快、无需运动平台、受环境影响小、性能稳定、携带方便、易于操作等优点。下面对ATOS光学扫描仪的工作原理及系统标定方法作一介绍。

1、ATOS光学扫描仪三维扫描测量系统工作原理,ATOS流动式光学扫描仪采用结构光测量技术,可借助高分辨率的CCD数码相机对复杂工件表面进行高速扫描测量。它可利用多组固定参考点,对多次扫描测量摄取的信息数据进行拟合比较,自动拼合成单一的整体立体图,并能输出被测表面相关点(或面)的数字化三维数据,供CAD、CAM和CNC等软件运行进行曲面重建、产品设计甚至直接加工。结构光三维扫描法的测量原理见图下图。ATOS扫描头上的投影装置将黑白相间的灰度编码结构光栅图像投影到被扫描物体表面,受被测物体表面高度的限制,光栅影线发生变形,ATOS光学扫描仪利用两台以不同角度安装的CCD数码相机同时摄取图像。ATOS光学扫描仪规则的光栅图像受到物体表面高度的调制而发生变形,可以通过相移与灰度编码技术的结合,解决两幅图像上空间点的对应问题,并通过两台相机的三角交汇快速获得形体的三维坐标信息。

2、ATOS光学扫描仪由于其工作原理的限制,结构光测头通常一次只能沿一个方向测量以获得被测物体的点云数据。为了获得复杂结构物体的完整形状信息,一般需要从多个视角进行测量,ATOS光学扫描仪并对多视角测得的曲面三维数据进行配准,并将其转换到同一坐标系下。在结构光扫描法中,基准坐标系是通过对相机定标来确定的,一般可选取两个相机坐标系之一,将相机的成像平面定义为XY平面,相机光轴定义为Z轴,并取光轴与XY平面的交点为坐标原点O(l)。在应用图像测量技术的检测系统中,一般采用图像识别、匹配等算法获得被测物体的位置和尺寸信息。而这些信息对于数字图像而言,只能以像素单位来表示,将像素结果转化为实际距离和长度,则必须借助于相机的标定。因此,ATOS光学扫描仪相机的定标精度是保证系统测量精度的前提。

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