非接触式三维数字化检测技术研究现状与关键技术问题探讨 （广东工业大学机电工程学院 广州 510006）
摘要：本文首先分析和对比接触式与非接触式三维数字化检测技术的优缺点，指出非接触式三维数字化检测技术是未来三维检测的发展方向。然后，简要介绍国内外非接触式三维数字化检测技术的研究现状，着重介绍非接触式三维数字化检测尤其是视觉检测方法，并深入探讨其存在的关键技术问题。最后，总结全文。 关键词：非接触式检测 研究现状 视觉检测 关键技术
Adibase state-of-the-art药片制作 review of Non-contact 3-D Digital Detection and Inquiry of the Key Technology Problem
MEI Qing YIN Sihua LIU Zhou LIU Zeyu YUAN Wenqiang
（School of Electromechanical Engineering,
Guangdong University of Technology, Guangzhou, 510006）
Abstract: Firstly this paper makes an analasis and a comparison of the faults and adv-
antages of contact and non-contact 3-D digital detection technology,points out that the
non-contact 3-D digital detection technology is the development trent of future 3-D
detection.Then we give a brief introduction of the art state of non-contact 3-D digital
detection in domestic and overseas，place emphasis on the method for non-contact
3-D digital detection particularly for optical detection ,and make a deep inquiry into
its existing key technical issues.Finally the main points of this paper are summarized.
Key words: non-contact detection art state optical detection key technique
0 前言
在现代制造业中，存在着大量的检测任务，如表面质量与缺陷检测、尺寸检测以及三维轮廓检测等[1]。随着工业自动化技术的不断发展，各种自动检测设备也孕育而生。目前广泛
应用于三维轮廓检测的方式主要有两种：接触式和非接触式。早期的三维测量手段主要是采用接触式测量方法，通过传感测头与几何形体表面接触而记录形体表面点的三维坐标位置。运用最为广泛的接触式测量设备是三坐标测量机。（Coordinate Measurement Machine,CMM）[2]这种方法由于采用的是接触式测量，因而，测头与被测表面接触会有摩擦、磨损以及弹性变形，此外，它还有测量速度低，不能测量柔软和易变形物体表面，需要进行测头半径补偿等缺点。非接触式测量方法主要是基于光学、声学和电磁学等领域的基本原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转换得到几何形体表面点的三维坐标值[2]亿万像素
。随着光电技术、微电子技术的发展，特别是光学、激光技术在测量上的突破性应用，非接触式测量技术与接触式相比有许多优点：(1)无需半径补偿；(2)非接触无损；(3)全场测量速度快；(4)适用样件材料范围广；(5)可测受接触探头半径限制的微细结构。通过以上比较可知，非接触式三维检测技术有着接触式无法超越的优点，它满足了现代工业生产生活对检测技术的高精度、快速、全场、动态、无损、智能等要求，代表了三维检测技术研究、应用的主流和方向[3]。
在国外，以视觉检测为代表的非接触式检测技术近年来发展迅速，已形成相当的产业规模。90年代，美国 Michigan 大学在政府支持下研制成功汽车车身尺寸视觉检测系统，它实际上是一台多测头的专用三坐标测量机，可实现车身部件及总成的在线自动检测，该系统已在美国三大汽车厂和欧洲知名汽车厂广泛使用[4]。瑞典Johansson公司生产的三坐标测量机，采用面阵CCD摄像机作为光电接收器件，用计算机进行非接触图像处理，能实现自动测量和高速的图像处理。英国3DScaner公司的REVERSA激光测头扫描速度达到15000点／秒，测量精度可达10～30 um。日本三丰公司研制的三坐标CNC图像测量机Quick Visionke可利用其自身复杂的探测系统来测量形状复杂的工件，该系统能对工件进行自动调焦，其系统精度为（4.5+5L/1000）um。德国Mahr公司研制的探针式影像三坐标测量仪采用激光和光学非接触测头，利用YR-3T多功能影像、探针互锁量测软件，使得精度达到(3+L/200)um[5]。2008年，被公认为非接触和多元传感测量仪器的世界第一的美国OGP公司推出推出了高精度高性能的台式几何量测量系统SmartScopeVantage 300，采用变焦系统，实现了可随时对系统进行标定的功能，使得单轴测量精度达到了（2.5+L/100）um[6]。
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图1—1 美国OGP公司推出的视觉检测系统
国内的各高校和研究机构对于计算机视觉检测系统的研究比国外要晚十多年才开始进行，但是随着近年来的飞速发展，国内视觉检测技术也已经取得了很大的进展[7]，针对各个领域对非接触视觉检测技术及仪器日益增长的需求，各院校、研究机构积极开展了对于三维非接触视觉检测技术的研究，如浙江大学、重庆大学、清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、国防科技大学、广东工业大学等，内容涉及逆向工程、快速原型制造、服装设计、自动加工、微小飞行器等不同行业，但尚未形成通用化的视觉检测系统和仪器。天津
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大学精密测量技术及仪器国家重点实验室研制成功了一套轿车车身在线检测系统，实现了整车的三维复杂型面的在线检测，其硬件部分采用视觉测量装置获取图像，速度很快，不过正如作者所说由于图形处理算法还处于实验室开发阶段，需要进一步提高算法的稳定性及准确性，以提高检测精度，同时视觉检测技术本身还有一系列问题需要解决，所以若真正投入生产现场需要对系统的软硬件进行不断完善[8]。张少军等利用数字图像处理技术进行零件尺寸测量，得到了很好的理论精度[9]。谭跃钢等利用视觉传感器对二维尺寸的精确测量进行了研究[10]。薛婷等采用双光条传感器增加图像轮廓信息，有效地提高了圆或椭圆拟合的精度[11]。
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