非接触式光学3D扫描系统─ATOS

1、原厂简介

ATOS非接触式三维扫描仪是由德国的Gom ( Gesellschaft für Optische Messtechnik mbH )所设计及生产。GOM1990成立,在欧洲地区已有6个分公司,全球超过30个经销据点。ATOS三维扫描仪广泛应用在航天、汽车模具、手机模具、运动器材、鞋模、铸件模具,塑胶件模具、家电电器模具、珠宝、艺术等。

2、ATOS三维扫描仪量测原理

在逆向工程及质量控制中,3D对象表面的点数据量测是不可或缺的一环。而在近几年中,尤其以光栅投影Fringe Projection的系统逐渐地受到广泛的应用。其原因就在于传统的机械式量测须耗费相当多的时间与人力,而只能得到稀疏的点数据。而光学式的光栅投影系统则能快速地得到高密度且准确的数据。

ATOS 3D扫描系统主要是由光栅投影设备及两个工业级的CCD Camera所构成,其原理就如同人类的两只眼睛,藉由光栅投影在待测物面上,并加以粗细变化及位移,配合CCD Camera将所撷取的数字影像透过计算机运算处理,即可得知待测物的3D外型。

而依照不同型号的测头,单一比量测数据最多可从影像当中撷取出200万及800万点。而单一笔的量测数据计算出来之后,藉由标签点来定位,经计算机运算后会自动定位回去,简单说就像3D的拼图一般,把一个对象完整的拼凑出来,当整个对象量测完成之后,所有的点群加总后便是真实物体的外形,再藉由运算产生出STL格式的数据。

ATOS三维扫描仪系统有一个很与众不同的特点,就是使用者可自行校正,自行校正可以随时随地的确保ATOS的精度之外更具备了弹性。而在更换镜头组或是经过一段时间的使用之后,皆必须作校正的动作。透过校正版摆放13个角度,CCD撷取13张影像,经由运算,得到ATOS各硬件参数,例如CCD Camera的角度,量测的距离,量测范围的大小…等等。

3、ATOS特性:

A、简易性的操作:操作者只须专注于从各个不同角度对物件进行量測,而所有的定位工作皆是由电脑自动完成。操作者毋需操心最麻烦的定位工作。
B、具弹性的量测范围:以同一测头藉由更换不同倍率的镜头,而得不同的量测范围,从30mm x 30mm x 13mm大至2000mm x 2000mm x 2000mm,所以无论是大型或小型的工件都可以很方便的量测。
C、使用者可自行校正:校正设备为ATOS 3D扫描的标准配备,使用者可自行校正。例如:在更换量测范围后或长距离的移动或不小心碰触到测头或任何因素造成测头准确度改变时,经过校正后,能够便随时掌控最好的量测状态。
D、具备侦测振动及光源变化机制:在量测过程当中,工件或测头若在不稳定的状态之下,所量测到的数据为不好的数据,ATOS 3D扫描具备振动侦测的功能,以确保量测数据的质量。在量测过程中光源的改变也会导致数据质量变的不好,因此光源改变侦测的功能,能够确保所取的数据的质量。
E、具备自动量测功能:在ATOS的逆向工程软件、三维检测软件内已经建立了自动量测的模块,视情况可以搭配机械手臂或是自动旋转盘。
F、具备检测测头量测状况机制:当测头量测了一段时间,量测准确性下降时,系统会出现须重新正的警告窗口,以确保测头是在一个准确的状态下量测。
G、高精度及高密度之点数据:由于可取得高密度的点数据,工件的细节部份可以被清淅的描述。
H、可移动性:整个系统可装进于一个行李箱中,便于汽车或飞机之搬运。
I、在线监控:在3D画面上实时显示测头在空间中的位置,增加操作的方便性。
J、具备高整合性:逆向工程软件、三维检测软件均由GOM所研发,在软硬件的连接上具有优良的整合性。
K、不受环境限制:透过标签点定位,在整个量测过程中可移动测头或待测物,无须固定量测工件(易变形的除外,需搭配治具)。
L、高运算效能:因ATOS系统搭载服务器等级的PC(具有两颗64BIT的CPU),提供了高效能的运算。

4、ATOS工作流程

测头的架设方式:ATOS测头可架设于大型脚架或携带式脚架,量测过程中无床台的限制。

量测过程:单笔的量测是由数张光栅投影至物体表面,加上2个CCD同时去撷取影像,经过约5秒的计算,ATOS软件就能运算出单一次的量测数据。每次量测资料的点数由200-1200万点,会依据机型不同而量测到的点数也有所不同。

单笔量测资料:每笔量测完成的数据,会直接显示在屏幕上,同时ATOS 软件也会监控量测环境所造成的影响。

完整的量测数据:每笔量测后的数据会自动去定位,不需手动定位,最后量测完成的数据会输出STL的标准格式。

5、应用领域

任何须要对实物进行表面量测并取得点数据的,例如:3C 塑件、油泥车、钣金、模具、石膏模型、运动产品、鞋模、珠宝、艺术品等。

Ø 产生STL或建CAD所须的数据。

Ø 产生NC加工及快速原型所须的点数据(STL-Milling)。

Ø FAI全尺寸检验

Ø 质量控制(CAV 比对)

Ø 各项分析(塑胶模流分析、金属模流分析…等)

6、应用实例- CAV

CAV-Computer Aided Verification 计算机辅助检测,是目前很热门的应用领域;透过ATOS 3D扫描,将对象的点资料取得,与原始CAD 定位之后,将兩对象做一比较,得到对象与CAD 的差异,例如:形变的量测,结构上的缺陷…等。此应用对于R&D 的工程师来说,会大幅减少对于产品侦测的时间(Debug):当一手机外壳塑件生产后,去做组装测试,但却发生有缝隙,此时透过CAV 计算机辅助检测来检验,可以再短时间(1-2 兩小时含量测加比对)内查出是哪一机构(肋或圆柱)有干涉;以传统的检验方式会多出3-4倍或者更多的时间来找问题,透过CAV的方式,有效的缩短检测的时间,而产品的研发时间大幅缩短,产品上市时间也相对的缩短许多;目前3C产业开发时间短且型号多的情况下,研发时间能够有效的缩短对于成本降低及产品线竞争力,是一大商机。

7、结论

ATOS是一套稳定且又方便的3D扫描量测系统,无论是在软件还是硬件的研发以达到一个成熟的阶段,好学易懂的使用者接口、高稳定度及高精度,在两岸三地获了广泛的好评。

而马路科技在两岸共有6个据点(台北、台中、台南、北京、昆山及东莞),任何技术的支持与服务需求,马路科技可提供最快速的服务支持,以最坚强的技术来完成客户的需求。


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