早期用于三维测量的是坐标测量机(CMM)。目前,CMM仍是工厂的标准立体测量装备。它将一个探针装在三自由度(或更多自由度)的伺服装置上,驱动探针沿三个方向移动。当探针接触物体表面时,测量其在三个方向的移动,就可知道物体表面这一点的三维坐标。控制探针在物体表面移动和触碰,可以完成整个表面的三维测量。其优点是测量精度高。其缺点是价格昂贵,物体形状复杂时的控制复杂,速度慢,无色彩信息。 机械测量臂借用了坐标测量机的接触探针原理,把驱动伺服机构改为可精确定位的多关节随动式机械臂,由人牵引装有探针的机械臂在物体表面滑动扫描。利用机械臂关节上的角度传感器的测量值,可以计算探针的三维坐标。因为人的牵引使其速度比坐标测量机快,而且结构简单,成本低,灵活性好。但不如光学扫描仪快。也没有彩色信息。FARO和Immersion公司提供这类产品。 借助雷达原理,发展了用激光或超声波等媒介代替探针进行深度测量。这是激光或超声波测距器。测距器向被测物体表面发出信号,依据信号的反射时间或相位变化,可以推算物体表面的空间位置,称为"飞点法"或"图像雷达"。不少公司开发了用于大尺度测距的产品(如用于战场和工地)。小尺度测距的困难在于信号和时间的精确测量。Leica和Acuity推出了采用激光或红外线的测距器。Senix公司推出了超声波测距器。它受遮挡的影响较小。但要求测量精度高,扫描速度慢,而且受到物体表面反射特性的影响。 基于计算机视觉原理提出了多种三维信息获取原理。这包括单目视觉法,立体视觉法,从轮廓恢复形状法,从运动恢复形状法,结构光法,编码光法等。其中的结构光法,编码光法成为目前多数三维扫描设备的基础。这些方法可以分为被动式和主动式两大类。被动式法的代表是立体视觉法。主动式法的代表是结构光法,编码光法。光学扫描的装置比较复杂,价格偏高,存在不可视区,也受到物体表面反射特性的影响。 用于获得物体内腔尺寸的方法之一是工业CT。它以高能X射线对零件内部进行分层扫描。它的缺点是精度不高,价格昂贵,且存在放射性危害。 美国CGI公司生产的自动断层扫描仪(Automatic Cross Section Scanner, ACSS)可以克服这些缺点。但要求对被测物体进行破坏。 几种常用方法的对比如下。
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