工业领域将被3D感知引领突破发展

2022-08-29

       自从集成到 iPhone 的后置摄像头中以来,3D 成像技术在消费市场上得到了巨大推动。根据 Yole Group 的一份市场报告,当 iPhone 销量在 2021 年飙升时,移动和消费类 3D 相机的总收入增长到约 36 亿美元或 3.26 亿台。然而,移动相机中的 3D 传感应用仍然有限,只有少数增强现实 (AR) 游戏可用,在其他应用中较少使用。移动领域 3D 传感的潜在未来应用确实包括 AR 和元宇宙,这需要技术的发展,以实现虚拟世界和人类的交互。
       然而,消费类虚拟现实之外的 3D 传感可能还有更有趣的潜在应用。在工业和汽车环境中,3D 相机对于在制造、物流、医药和公共安全领域执行精细而复杂的工作至关重要。3D 传感技术的行业领导者 ams OSRAM表示,3D 传感对于工业 5.0 至关重要,在工业 5.0 中,机器和人类直接交互以创建可持续和富有弹性的供应链。因此,这种传感定位将在智能技术、机器人技术、工厂自动化、自动光学检测等领域发挥巨大作用。迄今为止,3D 传感和扫描一直是用于设计、检查和质量控制的鲜为人知的技术之一,但集成该技术可以在应用中带来许多好处,包括逆向工程和分析。
 
关于3D感知
       3D感知技术分为双目测距、3D结构光,以及TOF飞行时间三大流派。以前手机后摄模组通过双目测距法来获取物体的3D信息,这种方式需要调用两颗以上的摄像头,通过视觉差计算出物体的深度信息,大量耗费电力和计算资源,且精度和速度都相对较低。
传感器融合
       随着传感器功能在制造业中的扩展和数据生成的迅速增加,传感器融合变得可能且至关重要。可视化制造过程对于形成洞察力和防止潜在漏洞至关重要。传感器融合通过融合来自多个来源和传感器类型的数据以产生可靠的信息,克服了单个传感器系统(相机、光传感器、LIDAR 等)的局限性。这种架构使用户能够从宏观或微观层面处理流程,因为制造商可以对供应链进行建模和信息收集,同时也可对微处理器、相机和激光雷达系统的组件进行建模。
 
       融合来自多个来源的数据是 3D 机器视觉的优势之一,因为它具有强实时性。从广义上讲,机器视觉涵盖了所有工业和非工业应用,其中硬件和软件共同提供基于图像捕获和处理的操作指导。这种工业视觉系统虽然使用类似于学术和军事计算机视觉应用的算法和方法,但需要更高的鲁棒性、可靠性和稳定性——这些属性通过有效的 3D 视觉系统得到改善。
 
这些系统可以执行客观测量,例如工业机器人引导的工件测量。
 
一、工业机器人测量由机器人引导的工件,在此我们只讨论直接测量法,间接测量法实际当中非常少用。
二、工业机器人引导的工件测量的说明,机器人控制系统将得知工件的原点和其它 2 个点。 此 3 个点将该工件清楚地定义出来。
三、工业机器人引导的工件测量直接测量法示意图:
工业机器人引导的工件测量
四、工业机器人引导的工件测量的步骤
1、选择菜单序列投入运行 > 测量 > 固定工具 > 工件 > 直接测量。
2、为工件分配一个编号和一个名称。 用继续键确认。
3、输入固定工具的编号。 用继续键确认。
4、将工件坐标系的原点移至固定工具的 TCP 上。点击测量键并用是确认位置。
5、将在工件坐标系的正向 X 轴上的一点移至固定工具的 TCP 上。点击测量键并用是确认位置。
6、将一个位于工件坐标系的 XY 平面上、且 Y 值为正的点移至固定工具的TCP 上。点击测量键并用是确认位置。
7、输入工件负载数据,然后按下继续。
8、按下保存键。
 
3D扫描
 
        这些潜在的 3D 传感生态系统的一部分将涉及 3D 扫描技术,该技术可以在具有精确尺寸的模拟世界中重新创建有关物理组件的信息。这可以使用激光扫描仪、光扫描仪、协调测量机 (CMM) 和计算机断层扫描 (CT) 来完成。通常,这些扫描仪会收集原始数据并将其转换为用户友好的格式,例如 CAD 模型。它们的精度以毫米为单位,因此可以监控对象的一致性以及以数字方式重新创建对象以进行分析。可以对照初始模板检查完整的产品表格,并以超高精确度突出显示不一致之处。
       Science Direct 于 2021 年发布的一份报告强调了 3D 扫描在整个工业领域的潜力,其中包括逆向工程、从现有组件设计中进行质量和尺寸分析并复制,以及监控工作流程以确保工人安全。以前专注于移动消费领域的公司已将注意力转向工业,并有一些相关应用,例如 ams OSRAM 转向研究行业自动化、自主机器人、无人机实施等。
 
中科院广州电子技术解决方案:
       手持三维激光扫描仪700配合VXelements、3Dmax软件的解决方案,用手持三维激光扫描仪700能够非常快速的对针灸穴位铜人进行全方位的1:1的模型数据获取,获取的STL模型数据用VXelements进行孤立面片的去除(以此获得高面数模型1),随后在VXelements软件里对模型进行面数简化,减少95%的面数(以此获得低面数模型2)文件大小为5M,再利用3Dmax软件在高模上进行贴图,渲染,烘焙,再将烘焙好的贴图在简化后的低模进行法线贴图,最终得到文件较小的高清三维模型。
 
三维扫描过程:应用手持三维激光扫描仪对针灸铜人扫描流程简单、易于操作、可十分高效的获取三维数据,
具体步骤如下:铜人扫描。工件贴好定位点后,用手持三维激光扫描仪对工件进行扫描,内容包括铜人的头部、身躯、四肢等。
技术方案综述:本文尝试将三维激光扫描、三维可视化、虚拟现实和移动互联网等技术应用于针灸铜人及其承载的传统中医知识的数字化保护,不能能够建立逼真的三维模型,使得铜人模型在智能手机等移动终端运行流畅,而且还能借助该模型实现部分中医知识的虚拟交互展示,使中华传统针灸相关知识更容易理解、利用和传播。
 
医学及其他领域的 3D 成像
 
       3D 成像设备也有许多医疗和汽车应用。 3D 传感、建模和打印支持假肢和其他设备生产的精确度,以及为外科医生提供精确的直接和间接视图以了解患者的身体结构。
      OMNIVISION (豪威)和 Lighthouse Imaging于2019 年创建了第一个 3D 内窥镜商业平台,为外科医生提供深度信息并降低内窥镜手术的风险。从那时起,应用程序不断扩展,包括患者监测、为手术引导收集图像数据以及整容手术。在汽车行业,3D 传感正在开发中,适用于从自动驾驶到车内监控和电子后视镜的方方面面。
 
 
 
 
广州市广镒机电有限公司
来源:EEWORLD
 
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