位于德国耶拿的OTTO Vision TechnologyGmbH是图像处理领域专家，该公司旗下的TFLEX-3A设备是一款先进的3D扫描器，主要用于自动质量控制领域对物体形状和坐标进行非接触式测量。TFLEX-3A的增强型图像处理系统集成了两台1,200万像素的堡盟相机作为立体相机，因此只需一台设备便可进行高精度3D图像采集，完成物体尺寸、形状和位置的检测，且测量区域在20~200mm之间。

为了快速识别各种不合格项或错误源以采取相应的纠正措施，每个生产阶段——从首次调试，到首次样品检测，再到批量生产过程中的自动采样——都可以采用非接触式技术对复杂物体进行3D测量和几何形状检测。FLEX-3A以极小的测量点间距采集物体的3D表面数据，以便在整个表面进行目标值与实际值之间的比较。尤其在冲压成型行业，许多制造商都在使用OTTO Vision的这套测量系统。“FLEX-3A在其它领域的应用也越来越广泛，特别是在塑料行业，应用潜力非常大。”OTTO Vision公司总经理Gunter Otto表示。

凭借这款先进的产品，OTTO Vision优化了自身的产品组合——目前只需一台设备就可以测量20~200mm的区域。为了实现这一点，OTTOVision成功克服了光学技术方面的巨大挑战。

告别物理目标物

FLEX-3A是一款将相位结构光扫描技术、三角测量技术和摄影测量技术集于一身的全自动多视角3D扫描系统。该系统配备两台1,200万像素USB3.0

相机，一个分辨率为1,440×1,080像素的LED光源，另外还配有一只参考相机，用于提供基准图像，确保多源图像配准。根据物体的复杂程度，可从不同角度对物体进行打光和测量。借助可选配的电动物体支架实现一次完整的3D扫描。

图1 FLEX-3A采用结构光投影技术、三角测量技术和摄影测量技术来构建3D图像。

图2 两台1,200万像素的堡盟CX系列相机：用作立体相机采集图像，构建3D图像。

这种图像采集方法已获得专利：“FLEX-3A中除了集成两台相机外，同时还使用了一只固定的参考相机来测定被测物体的位置。这样，从不同视角拍摄到的局部图被放在一起后，通过高精度自动图像转换技术就可以创建一个完整的3D模型——这完全不需要物理目标物，从而节约时间和成本。” Otto解释道。通过可选配的电动物体支架，可实现从顶部和底部对物体进行全自动测量。因此，这款通用系统可灵活地用于原型采样、批量生产过程中的自动样品检测，以及已加工部件的进料检测。

图3 已获专利的FLEX-3A图像采集方法采用三台相机，完全无需物理目标物。

灵活比较目标值与实际值

用于创建3D模型（包括数据计算和评估）的自动图像数据采集通过高性能软件来实现。数字化数据可以是点云，也可以是STL表面网格，能直接与参考模型的坐标系对准。因此，可以将加工工件与相应的CAD模型进行快速和易理解的图像对比，从而检测出各种因畸变、收缩、物体未对准甚至是工具磨损而导致的不合格形状。通过直观的用户界面，可直接快速生成各种测量方案、根据部件轻松设置测量参数、定义自动化序列，以及对结构光模式进行调节和优化。此外，如需重新设置测量区域，系统重新校准也非常简单。

图4 直观的用户界面，可快速方便地选择和编辑测量方案和参数。

在不同大小的测量区域内完成精确检测

FLEX-3A可简单快速地对各种测量区域内的物体尺寸、形状和位置进行自动化非接触式3D检测。即便是测量难以采用接触式检测的小尺寸物体，极小的测量点间距也可确保获得极其精确的比较结果。要改变测量区域，只需更换镜头，并采用球体间距仪（sphere-spacing gauge） 对系统重新进行校准。这些工具随设备一同提供，也可用于监控和记录测量精度。

图5 3D彩色视图可清楚显示出加工部件与数字模型部件之间的偏差，以便立即采取相应的纠正措施。

切换至USB3.0

OTTO Vision在全新的TFLEX-3A 3D扫描器中首次用到USB接口相机。“我们在很多年前就开始使用堡盟产品，由于双方建立了良好的合作关系，而且堡盟产品确实非常可靠，因此我们在FLEX-3A中也顺理成章地使用了堡盟相机。”Otto解释道。凭借高达1,200万的像素、30fps的帧率，以及29× 29mm的外形尺寸，堡盟CX系列VCXU-124相机与FLEX-3A的系统设计要求完美匹配。Sony PregiusCMOS传感器系列的IMX304相机可提供3D数据采集所要求的高图像质量。USB3.0接口是一种可靠的单电缆解决方案，具有即插即用特点，因此OTTOVision可节省安装时间和成本。此外，外壳每个侧面都带M3安装接口，确保相机的机械集成简单灵活。由于采用了最优同步相机和数字投影技术，FLEX-3A将相机速度发挥到了极致。

日益增长的3D在线检测市场

全自动3D物体测量可在生产环境中快速、无间断地进行，且所获得的信息密度比接触式测量技术更高。OTTO Vision认为，这将为全自动3D物体测量带来巨大的增长潜力。“未来，我们不仅要专注于离线设备，而且还将越来越多地关注3D在线检测。”Otto表示。

摘自《自动化博览》2020年5月刊