0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

主动模式投影越来越流行 得益于关键硬件组件的进步

电子工程师 来源:yxw 2019-05-23 09:13 次阅读

3D相移模式投影系统与高分辨率、远心镜头和大画幅相机相结合,实现高精度3D测量。

非接触式3D测量可以通过各种技术实现,最常用的方法包括:(1)激光轮廓测量法:用高功率激光器和线阵或面阵传感器实现;(2)立体相机法:用两个面阵传感器和主动模式投影(使用一个面阵相机和一个主动模式投影仪)实现(见图1)。

在单线激光器/相机组合中,当物体或扫描仪移动时,激光器/相机组合捕获单一激光线反射;与之不同的是,模式投影方法可以用于在单一无运动扫描中,捕获一个完整的图像。这也是主动模式投影在机器视觉市场中越来越流行的原因之一。

主动模式投影越来越流行的另一个原因,在很大程度上得益于关键硬件组件的进步,如高分辨率高速面阵相机的发展,以及在成像系统中使用LCOS(硅上液晶)和DMD(数字微镜器件)等电光器件的可能性。

LCOS和DMD这两种器件能够与高功率LED光源和投影透镜系统相结合,实现快速主动模式投影。该系统可以投射编程到LCOS或DMD器件上的任何图像,并能很容易地使用触发信号同步LED和相机,允许为各种应用实现更广泛的模式。

相移法

条纹模式是由几个相位变化的波型(见图2)创建的,是测量应用的一种有效的主动模式。相比于激光轮廓测量和立体相机方法,相移法的主要优点包括速度快、覆盖面积大、分辨率高、精度高和可靠的3D测量。模式的灵活性能够实现各种样本的测量。然而,一个成功的解决方案要求一个可编程的主动模式投影仪,它可以快速改变几种模式,并将它们与相机采集同步。而且,将模式投影仪与高分辨率远心镜头和大画幅相机相结合,可以同时获得高质量2D图像以及不同模式的投影图像(见图1-3)。从这些高质量图像中,可以很容易地分析2D和3D尺寸数据,以确认需要验证的零件尺寸、表面质量和其他重要特性。

PCB故障检测

自动光学检测(AOI)提高了印制电路板(PCB)生产中故障检测的准确性和速度。以前,PCB故障检测通常使用高速2D区域检测,因为这种方法易于实施。然而,随着元器件尺寸的不断缩小、PCB的复杂性不断增加,以及更严格的质量要求,3D检测已经成为高端PCB制造商(如那些为消费类电子产品和汽车市场提供PCB的制造商)的必须之选。

图1:1-1:激光轮廓测量系统使用线激光器和面阵相机组合。在这种方法中,样品或激光束必须移动以完成轮廓扫描。1-2:立体相机系统需要将两台面阵相机呈不同角度放置,如同人眼一样。1-3:模式投影系统包括一个投影仪、标准远心镜头和一台面阵相机。通常,以不同角度放置的多投影仪可以减少投影阴影。

图2:2-1:波纹投影被用于相移法中。2-2:从相机端看到的相移条纹。2-3:相移图案的强度分布。

手机和可穿戴设备等消费电子应用中,终端产品的尺寸正在逐年变小、变薄。由于这些变化需要更小的电气元件,因此只使用2D检测方法已经很难找到安装不正确的零件,而且在拥挤的装配中几乎不可能描述和测量它们。

在汽车市场,汽车上使用的电气零件在逐年增加。与此同时,汽车与人身安全密切相关,所以汽车应用对安全性要求非常高,特别是高压或高温电气零件。

此外,相比于标准的消费电子零件,汽车电气零件可能体积更大、形状更复杂。对这些复杂的零件而言,3D检测必不可少,以确保它们被正确、可靠地安装。

用于3D测量的投影仪

对于具有主动条纹模式的高速高精度3D测量而言,需要一台能够提供高亮度和高对比度的投影仪。当机器视觉供应商能够使用高性能镜头和LED照明技术设计、整合并制造一个投影系统时,这样的解决方案便成为可能(见图3)。

图3:2-1:图案投影系统将高分辨率远心镜头和大画幅相机结合在一起。

第一步是为图案的高亮度输出选择合适的LED,如输出功率15~100W的LED。然后,是设计光学元件以实现LED输出最大化,并与DMD或LCOS器件相耦合。最后,对光路进行优化后,设计用于聚焦图案的投影光学元件,以满足视场、工作距离、亮度和分辨率等成像系统参数

记住,最大亮度对于提高测量速度至关重要。投影图案的分辨率和对比度,对于在整个测量区域内实现高精度3D测量同样非常重要。

图4:Scheimpflug原理对于用斜投影保持水平聚焦平面定位非常有用(左图)。没有Scheimpflug排布,图像边缘的对比度损失(右图)可能对3D测量精度产生较大影响。

当比较3D相移图案投影仪供应商的能力时,评估其设计每个子系统以满足特定目的的专业水平至关重要。与此同时,还要考虑供应商在“将这些子系统集成到一个完整的全合一解决方案中、以满足具有挑战性的应用需求”方面的经验。

最后,确保供应商拥有使用Scheimpflug原理的经验,因为对很多应用而言,用倾斜投影保持水平聚焦平面定位非常有用(见图4左图)。没有Scheimpflug排布,在图像边缘的对比度损失(见图4右图)可能对3D测量精度的影响较大。

用于高精度3D测量的强大组合包括(见图1-3):

高分辨率物方远心镜头或双远心镜头

高速、大画幅相机,像素尺寸与镜头匹配

基于Scheimpflug原理的高对比度倾斜投影仪

投影正弦曲线的重现性,对于使用移相法保持高精度也非常重要(见图5)。通过镜头设计技术方面的专业知识,有可能优化投影正弦曲线的再现性。

图5:光学设计优化保持投影正弦曲线的再现性,以使用相移法提供高精度。

系统设计的一个主要问题是DMD器件在每个微镜之间有一个间隙(见图6右图)。这对正弦波再现性也有很大的影响(见图6左图)。因为镜子的缝隙不能反射光,因此每个镜子之间会出现亮度下降,并且输出变得比理想情况更暗。

图6:因为DMD器件中每个微镜(右图)之间的间隙不能反射光,因此亮度的下降会导致输出比理想情况更暗。对于高精度3D测量,高分辨率相机必须使用高密度图案俯仰波(左图)。然而,如果相机分辨率太高,间隙影响会变得更大。

对于高精度3D测量,高分辨率相机必须使用高密度图案的俯仰波。然而,如果相机分辨率太高,间隙影响会变得更大。通过优化光学系统,Moritex公司已经能够成功地在其解决方案中减小DMD间隙的影响。

3D测量

图7a显示了使用Moritex的主动模式投影仪和双远心镜头,实现的相移法3D测量解决方案的一个例子。试验样品是由3D打印机制造的,并漆成白色,样品具有四个物理台阶,每个台阶的高度为200μm(见图7c)。图7b显示了测试样本上的投影正弦图案。

图7:(a)Moritex系统解决方案(FOV 32mm)设置包括WXGA DMD投影仪、400万像素1英寸USB3.0相机和0.34x双远心镜头MTL-5518c。(c)测试样品用3D打印机制成,并漆成白色。每个台阶高度增加200μm,台阶XY维度的尺寸为25mm×9mm。(b)基于相移法的样本上的投影正弦图案。

在仔细校准系统后,3D测量测试结果显示在图8中。该系统能够在200mm×32mm的视场中测量200μm的高度差。

重复测试,Moritex发现,标准偏差为2~5μm,测量时间约为1~2s,数据点数量为2048×2048。该方案表明,以高分辨率、高速度和高精度测量宽视场目标是可行的。

图8:3D模型数据中的3D测量结果(左图)、基于高度的2D彩色图(右上图)和基于2D轮廓图上的红色交叉线的2D轮廓图(右下图)。

图9:左图是5mm高平板的3D测量数据。左上方是投影仪产生的3D高度图数据,用特殊光学元件减小了DMD的间隙影响。左下方是投影仪产生的带有DMD间隙影响的3D高度图数据。右侧为2D线轮廓图,比较了减小DMD间隙影响和未减少时的效果。

如果有投影中有DMD微镜间隙影响,测量3D数据结果将有一些“波动”(artifacts)(见图9)。图9中的数据是平板的高度测量。平板的高度设置是5mm,而使用减小DMD微镜间隙影响设计的投影仪,在2D区域内5mm物体上的标准高度偏差仅为3μm。

相比之下,使用有DMD微镜间隙影响设计的投影仪,在2D区域内5mm物体上的标准高度偏差为9μm,是减小DMD微镜间隙影响设计的3倍。另外,即使实际的样品只是一个平板,在3D数据的波面上仍存在“波动”,这是由DMD间隙影响引起的。在这种情况下,使用Moritex的投影仪可以降低DMD间隙影响,实现高精度3D测量

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • LED光源
    +关注

    关注

    3

    文章

    258

    浏览量

    32587
  • LCOS
    +关注

    关注

    1

    文章

    63

    浏览量

    58398
  • 投影
    +关注

    关注

    0

    文章

    142

    浏览量

    24694
  • DMD
    DMD
    +关注

    关注

    3

    文章

    55

    浏览量

    30540

原文标题:3D测量| 主动模式投影提高AOI三维测量精度

文章出处:【微信号:vision263com,微信公众号:新机器视觉】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    通过微透镜阵列的传播

    随着现代技术的发展,微透镜阵列等专用光学元件越来越受到人们的重视。特别是在光学投影系统、材料加工单元、光学扩散器等领域,微透镜阵列得到了广泛的应用。在VirtualLab Fusion中,可以
    发表于 12-11 11:32

    LM324调零调好后,改变输入的时候,输出的偏差越来越大,怎么解决?

    调零调好后,改变输入的时候,输出的偏差越来越大,不知道如何调整,望大神指导!
    发表于 08-28 06:51

    算力驱动物流行业数字化转型

    业近年来的显著进步得益于算力的广泛应用,这不仅提升了物流时效和应对突发事件的能力,还显著提高了企业内部管理的效率。算力的引入,推动了物流行业的数字化和智能化转型,为行业带来了新的活力。 然而,算力资源的昂贵成本
    的头像 发表于 08-23 10:27 299次阅读
    算力驱动物<b class='flag-5'>流行</b>业数字化转型

    Mbox网关赋能物流行

    随着物联网技术的快速发展,网关作为连接物理世界与数字世界的桥梁,在物流行业中发挥着越来越重要的作用。网关不仅提高了物流的效率和透明度,还解决了传统物流中存在的诸多痛点问题。明达技术自主研发Mbox边缘计算网关聚焦物流行业,助推行
    的头像 发表于 08-16 16:49 242次阅读
    Mbox网关赋能物<b class='flag-5'>流行</b>业

    兰宝工业智能读码器在物流行业的货物自动分拣方面的应用

    兰宝工业读码器在物流货物自动分拣系统中的应用,不仅提高了货物分拣的速度和准确性,还为物流公司提供了强大的数据支持,帮助他们优化流程、降低成本,并提高客户满意度。随着技术的进步,智能读码器和自动分拣系统将继续在物流行业中发挥越来越
    的头像 发表于 08-15 13:44 211次阅读
    兰宝工业智能读码器在物<b class='flag-5'>流行</b>业的货物自动分拣方面的应用

    我们的城市为什么越来越热?

    全球气候在变暖,我们焚烧石油,煤炭等化石燃料,产生了大量二氧化碳等温室气体,导致全球气候变暖,尤其大陆气温升高,城市变得越来越热。图:上海前滩的夜晚,被太阳晒热的建筑热岛效应夏天天太热,在阳光
    的头像 发表于 08-03 08:14 541次阅读
    我们的城市为什么<b class='flag-5'>越来越</b>热?

    越来越多的领域都用到了USB频谱仪

    科技是不断进步的,越来越多的领域都用到了USB频谱仪。一款值得信赖的产品。
    的头像 发表于 05-07 15:28 550次阅读
    <b class='flag-5'>越来越</b>多的领域都用到了USB频谱仪

    低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展研究

    近年来,得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成器件的性能越来越高,功能性器件越来越丰富,
    的头像 发表于 04-24 09:11 1450次阅读
    低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展研究

    览邦F9 FreeBuds Plus多模式降噪耳机评测,旗舰蓝牙耳机担当,主动降噪蓝牙耳机标杆

    轻装来袭,耳机与电池盒全新升级不仅耳机佩戴舒适度得到提升,随身携带也更加轻盈。值得一提的是,得益于全新旗舰芯片与大尺寸双驱动单元加持,听感全面进化。至于降噪效果,有着先进的降噪技术沉淀,可谓是业界标杆。本文将对这款耳机进行详细的
    的头像 发表于 03-29 10:49 509次阅读
    览邦F9 FreeBuds Plus多<b class='flag-5'>模式</b>降噪耳机评测,旗舰蓝牙耳机担当,<b class='flag-5'>主动</b>降噪蓝牙耳机标杆

    IC设计中值得解决的小问题—screen如何兼容256Color

    随着计算机硬件的巨大进步,图形界面的程序逐渐占据了应用的主流,不过Terminal得益于性能、带宽,以及传统、继承等各种因素,应用也还是非常广泛的。
    的头像 发表于 03-21 16:08 1594次阅读
    IC设计中值得解决的小问题—screen如何兼容256Color

    嵌入式会越来越卷吗?

    嵌入式会越来越卷吗? 当谈及嵌入式系统时,我们探究的不仅是一种科技,更是一个日益多元与普及的趋势。嵌入式系统,作为一种融入更大系统中的计算机硬件和软件,旨在执行特定功能或任务。但这个看似特定的系统
    发表于 03-18 16:41

    光模块:组件、分类及应用

    光模块是现代通信系统中的核心组件,负责实现光信号的传输和转换。随着通信技术的发展,光模块在数据传输领域的应用越来越广泛,其性能和稳定性对于整个通信系统的传输质量和可靠性具有至关重要的作用。本文将对光模块的组件、分类及应用进行详细
    的头像 发表于 03-18 11:23 1285次阅读

    我们该如何应对SOC中越来越庞大和复杂的SDC约束?

    SOC设计变得越来越复杂,成本越来越高,设计和验证也越来越困难。
    的头像 发表于 03-13 14:52 1138次阅读
    我们该如何应对SOC中<b class='flag-5'>越来越</b>庞大和复杂的SDC约束?

    IC datasheet为什么越来越薄了?

    刚毕业的时候IC spec动则三四百页甚至一千页,这种设置和使用方法很详尽,但是这几年IC datasheet为什么越来越薄了,还分成了IC功能介绍、code设置、工厂量产等等规格书,很多东西都藏着掖着,想了解个IC什么东西都要发邮件给供应商,大家有知道这事为什么的吗?
    发表于 03-06 13:55

    防雷及ESD静电保护器件的发展趋势| 浪拓电子

    近年市场对于防雷及ESD静电保护组件的需求,大致可分为两大发展方向。 一是越来越低的等效电容,这是由于近年各项传输port的加速发展,带动带宽越来越大且速度越来越快,例如USB 3.0
    发表于 01-08 16:55