先进结构光视觉方案赋能精密制造

供应商提供多样传感器匹配行业用户需求与预算。价格下降、能力增长下，下一最佳应用是什么？

结构光系统投射条纹图案测量表面，经相机与复杂软件转换为百万级点云计量数据。精度达单位微米级。新设备捕获率达毫秒级。传感器可负担性与选择性增长。多数仍为双目立体视觉，单相机设置增多利于产线附近灵活部署。部署与应用增多是行业标志。

先驱GOM正拓展ATOS结构光系统选项。“过去视ATOS为高端昂贵扫描仪。现在[GOM]提供全系结构光扫描仪，”Capture 3D国家销售工程经理Frank Stone说，其为ATOS传感器增值分销商。“他们认清拓展市场须服务多样客户——非所有客户需同等严苛公差精度。”

ATOS Core入门系统例证多样性。可随用户需求成长。Capture3D称入门级逆向工程/快速原型应用需无高级检测功能的扫描。完整“入门套件”含软件将点云转STL多边形网格。Core提供从手动到半自动升级路径，可加触针与摄影测量提升计量检测质量。同一设备最终可升级全自动工业质检。

GOM未停高端改进。最新ATOS 5与ATOS 5X面向工业用与产线集成测量。在恶劣环境用结构光关键是缩短采集时间，降低振动噪声敏感度。公司称ATOS 5以100fps在0.2秒（200毫秒）完成扫描。配ATOS Scanbox自动化系统，可测汽车车身封闭件、仪表盘、发动机涡轮叶片、铸件。机器人集成安装可测完整白车身，汽车制造常见。

投影光源多样性

进阶ATOS 5X用亮得多的光源拓展效用。“ATOS 5X集成激光光压缩器提供更亮光源，扩大测量体积，”Stone解释。“之前仅测700mm，新光源同等时间可测1000mm。单次扫描仍0.2秒。”技术上仍属结构光，不利用激光相干性做干涉测量——是极亮但仍属标准结构光设备。

Hexagon制造智能近年开发宽范围结构光扫描设备。分两大基础技术：单滑投影与多条纹投影。单滑传感器强调速度与恶劣环境适用，含Hexagon WLS qFLASH、BLAZE 600、WLS 400。

“这些传感器强调快速图像采集，”Hexagon技术项目经理Amir Grinboim说。平均0.015秒（15毫秒）采集数据。采集速度关键——使其成车间现场理想选择。“理念是‘随处测量’，”Grinboim说。

多条纹投影技术较慢但分辨率更好。含Hexagon AICON系列。“单次采集构建图像需投影序列。投影线条投射于零件，随图像采集移动改变朝向。相对漫长过程，”Grinboim解释，单次采集平均2秒。“目标非速度，是点云质量。”

Hexagon最新传感器AICON StereoScan neo用红/绿/蓝（RGB）DLP投影仪。传感器测量视场宽75mm至1100mm，通过换相机镜头或基线长度实现。采集时间约2秒，可配8/16百万像素相机。

RGB DLP投影仪理想适用：测量转为与CAD名义值偏差色图，投影回刚测零件。

“[这]理想用于设计工作、工装返工、显示铸件余量/不足材料。工程师直接在零件上可见，无需参考电脑屏幕或PDF，”Grinboim解释。

Hexagon称此为See What You Measure（SWYM）。“理想用于铸件/锻件/注塑件测量与加工。大几何零件软件自动拼接多次采集，无需零件基准点，”他说。

工业化与自动化

“结构光扫描仪热门应用含遗留工装逆向工程与航空航天应用。均常需结构光硬件适配的高精度公差，”Exact Metrology部门经理Greg Groth解释。Exact提供合同测量扫描服务、计量设备方案、硬软件租赁。设备涵盖便携臂CMM至高端CT扫描仪。

公司也用GOM ATOS结构光系统。含ATOS II Triple Scan、ATOS III Triple Scan，用于合同工作。Exact也分销Hexagon AICON PrimeScan。

自动化成结构光设备主流用途。“自动化界正采纳[结构光]技术。机器人单元更安全更具成本效益，硬件变廉价，在线自动化普及度上升，”Groth说。“采集速度达亚秒级，开启吞吐效率新世界。”

他信当前工业热词——AI、物联网、大数据分析——影响结构光系统采纳。“一大变化是动态反馈或闭环系统。如扫描零件、比对设计意图CAD数据、反馈差异至制造工艺、自适应调整工装产出合格件，”他说。

Carl Zeiss工业计量便携3D扫描产品销售经理Ian Scribner呼应自动化聚焦。“[自动化]是过去几年增强[我们]软件自动化硬件的主要焦点，”他解释。

Zeiss提供结构光系统历史溯源早期奠基者Steinbichler公司。Zeiss收购其技术。Zeiss COMET系列源此传承，现显Zeiss独有改进。如Zeiss ABIS II系统用于表面缺陷检测，专用于汽车制造A级车身面测量——再次为产线旁设计。

Zeiss近期新品COMET Pro AE。用于公司预打包自动化方案AIBox与AIBox flex系统。也例证结构光供应商普遍趋势——融合不同计量技术提升自动化与精度。

“COMET Pro AE严格致力于自动化。有额外特性——含摄影测量，”Scribner说。“助更快更准捕获大型零件。有光环，支持扫描薄板金属，在孔/条/切口提供更好特征细节。”

COMET Pro AE采集时间随零件大小。如钣金车身需几分钟。结果千万级点、25-35μm精度。Scribner称近年最大成功案例在钣金件自动化测量。

COMET Pro AE作“线旁”设备用于抽样检，Zeiss也提供AIMax Inline与BestFit在线检测结构光方案。公司宣称适合质量保证、位置识别、生产控制含机器人导向。

设备也可输出转STL曲面的扫描点。“常编程COMET AIMax找特定特征做在线检规，”他说。可编程规避硬检规陷阱，价格日益亲民。

“每年结构光系统群价格下降能力上升，开启新应用，”Scribner说。BestFit紧凑尺寸得益于单相机技术。识别恶劣环境设计，两传感器均通过主动补偿展现高温稳定性。

可负担性与应用

3D Systems软件总监Scott Green称视觉系统市场将巨变。“高分辨率结构光系统市场将发生巨大转移，”他说。

公司提供广泛产品，从3D打印到触觉力反馈设备，含结构光计量系统线。转移源于设备价格下降同时质量与扫描覆盖提升。

“这些系统很快可信用卡购买。如今甚至有极低成本高质量结构光传感器售价<$10,000，”他说——远低于原$100,000+上市系统。3D Systems提供所谓工业级扫描仪——Capture与更小Capture Mini。另一手持设备也用结构光快速测小件。

如何可能？这些系统需高质精密光源与精确投影图案。相机需捕获达16百万像素清晰图像。复杂软件数学从组件提取数据。数十年打磨使软件算法更复杂。但他坚称系统本质……简单。“结构光系统基本是两相机一投影仪，”他说，加电脑软件。

大众消费市场驱动组件成本质量曲线。此级计算近乎免费。量产智能手机与消费级相机意谓数字相机与光源飞速进步。

“构建结构光传感器的功能性组件、实际组件变得更可负担，”Green说。“随内部组件更易获取更便宜，高质量结构光拥有成本呈下降趋势。”

硬件成本压低后，配套软件价格压力将增，他说。总拥有成本降低开启现廉价结构光系统专用用途。如汽车白车身缝隙平齐度测量、加工单元个别特征100%检测由单独传感器完成。

“对正确应用，我们将有更聪明传感器更贴近生产现场，”他说。“桌面软件角色将更像信息聚合器。”