三维视觉提高检查应用程序的性能

‍制造业已经越来越多地使用传统的二维机器视觉检测 、光学字符识别（OCR）和身份证阅读系统 ，提高质量并降低成本 。但也有许多应用程序 ，更适合于3D视觉 ，如测量高度 ，体积和倾斜的部件或在一个类似的彩色背景阅读提出的字符 ，并在可变光照条件下进行检查 。正在解决这些挑战是由新一代的三维视觉系统 ，利用激光三角测量与一个的二维成像器相结合 ，以产生一个三维的地形轮廓的一个对象 ，可以用于测量 ，检查或字符识别 。

三维视觉系统能够执行所有类型的三维测量 ，读取字符和代码 ，独立的对比度或照明条件 。三维视觉系统的另一个优点是 ，他们可以提供真正的世界测量微米级的精度 ，而不需要专门校准的应用程序 。对于许多制造应用的二维检查是有限的 ，三维视觉系统提供了大量的性能升级 ，可以提高质量和效率 。

虽然传统的二维机器视觉系统可以提供卓越的性能 ，绝大多数的检查和条码阅读应用程序 ，有相当数量的应用程序的视觉系统运行到的固有限制的二维技术 。典型的例子包括本质上是三维的应用程序 ，如测量一个物体的高度 ，平行于传感器的表面 ；测量倾斜的表面的斜率 ；测量一个对象的体积 ；或评价一个对象的档案 。

在OCR应用另一个问题在于字符或代码必须区分的背景 ，或是类似的颜色或难以区分前景和背景 。也有许多机器视觉和身份证阅读应用程序 ，包括具有挑战性的照明问题 ，可以通过使用三维技术解决 。

 

三维机器视觉系统的出现

新一代的三维视觉系统是解决这些挑战 ，通过使用激光三角测量从零件中提取的三维信息 。激光位移传感器将一束束投射到待测量的物体上 。光束被物体的三维形状所取代 。图像传感器捕获一个三维图像的三维拓扑表示 ，其中的目标的足迹表示的图像的程度 ，和Z高度数据存储 。一个完整的三维图像是由一系列获得剖面的每一行对应一个配置文件生成图像 ，产生一个16位的灰度图像 。所得到的三维图像的对象可以被用于两个定位的对象 ，并准确地注册的视觉工具 ，用于测量的三维和二维的功能 ，如长度 ，宽度和高度 。它可以用来很容易地确定一个对象的存在或不存在 ，无论颜色或照明 ，并产生一个高对比度的图像从非常微妙的变化高度 。

 

三维检测中的应用

一个典型的三维检查应用涉及测量的关键部件 ，如印刷电路板（印刷电路板）或在一个载体的基板的平整度 。扭曲或翘曲的成分不能与二维检查 。

然而 ，三维机器视觉可以很容易地确定的零件表面的完整的地形轮廓 。检测颜色是相似的区域的组件的存在或不存在的地方 ，他们被认为是安装是另一个非常常见的三维检查应用 。也有许多机器人的指导应用 ，其中的三维视觉是必需的 ，如从一个垃圾桶或引导一个机器人手臂周围的一部分的多个表面 。

在电子行业中 ，在运营商的基板检查是必需的 ，以确定是否缺少一个基板 ，太高或低 ，或倾斜 。在这个应用程序中的三维机器视觉的一个优点是 ，它可以确定相对于载体的基板的高度 。例如 ，如果载体本身高于正常 ，它不会导     致所有的基板被错误地确定为太高 。同样 ，如果整个载体是由几度倾斜 ，载体的整体倾斜可以很容易地被分离出来 ，测量各基板相对于载体倾斜 ，什么才是真正重要的 。

汽车制造商需要记录运输部（DOT）对轮胎安装在车辆的侧壁码 。该代码是塑造和提出的表面上的轮胎 ，但相同的颜色作为轮胎 。二维视觉系统可以用来对代码执行OCR ，但需要精确的照明 ，必须经常重新调整时 ，新的轮胎介绍 。然而 ，三维的视觉系统 ，产生一个高对比度的图像从非常小的变化 ，在几何 ，所以他们可以提供一个更可靠和强大的解决方案 。

 

三维视觉系统

该传感器的工作范围取决于它的视场（FOV） 。可以测量由传感器的区域由一个梯形的隧道 ，只要被测量的部分或特征被包含在这条隧道内的传感器将能够执行它的三维测量 。用小视场传感器提供的最高分辨率 ，它们非常适合用于检测小物体在最高级别的精度 。另一方面 ，具有较大的视场传感器能够具有更大的间隙距离检测物体较大 ，虽然精度比用小视场传感器 。

校准所有的视觉系统更为需要的尺寸测量和机器人导航应用进行精确的测量三维系统是很重要的 。由于测量范围是固定的 ，三维视觉系统的新一代可严格校准在工厂实际的计量单位 ，如毫米相对于传统的二维视觉系统需要为每个应用程序为了将从像素到真实世界的单位在工厂校准 。三维视觉系统也处理外在的校准 ，这是指校准相机在世界上的位置 ，这是特别适用于相机的情况下 ，安装在一个机器人和移动到被检查的部分 。软件也支持手眼校准这是用于转换的视觉效果为机器人的运动坐标系 。

三维检查增加了一个额外的层的复杂性 ，机器视觉编程 。然而 ，三维编程环境已经升级 ，简化建筑维护的三维视觉应用的过程 。典型的开发环境使用户能够拖放3D和二维视觉工具 ，使用交互式编辑控件来设置视觉工具属性并添加外部硬件的插件 。一个图形化编程环境的结果 ，基于流程的图形表示 ，很容易理解 ，并且可以通过工厂的工程师支持 。

典型的三维视觉工具包括一个平面角的计算器 ，一个高度的计算器 ，可以用来确定最小 、  最大和平均高度 ，飞机估计用于创建一个参考平面 ，一个计算器的体积和横截面的工具 ，捕捉一片尺寸检查对象 。典型的二维视觉工具用于三维应用包括模式匹配工具 ，可以用来识别和一个特定的几何图案位置的存在 ，不管它的方向 ，以及专门的工具进行OCR 。

程序员可以创建一个运行时操作界面来监视和控制视觉应用程序简单地通过拖放控制和图像 。结果或决定可以通过物理I/O连通 ，工厂车间通信如因特网/ IP或PROFINET ，监控设备也可以连接 。最后一步是将应用程序部署在一个专用的视觉控制器和工业PC机的三维视觉应用的成功部署的关键是要有正确的硬件 、视觉工具 ，开发环境 ，传播到工厂已经组装和测试作为一个完整的解决方案 。

 

结论

相反 ，传统的机器视觉系统 ，提供信息只有两个维度 ，而三维简单地为用户提供更多的信息 ，使制造商能够将机器视觉应用到更大的应用程序 。

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