輪廓儀是一種常見的測量儀器，廣泛應用于機械制造、汽車、航空航天、電子、醫療器械等領域。在工業生產過程中，輪廓儀可以對物體進行三維測量，獲取物體的尺寸、形狀等各種參數，為工業生產提供重要數據。本文將介紹輪廓儀的測量原理。

 

　　一、概述

 

　　輪廓儀的基本原理是通過采用光學影像測量方法對工件進行非接觸式3D測量，除了可以測量工件的各種三維參數以外，還能夠對工件的形狀、表面質量等進行分析研究。輪廓儀是利用三角形相似關系和影像處理技術實現的，在實際操作中可以分為兩類：線掃描式和面掃描式。

 

　　線掃描式輪廓儀是利用物體表面反射光線和輪廓儀上的攝像機成像原理完成測量的，通過模擬人類的目視測量方式，將物體劃成一系列的測量段，每段用一條逆向運動的測量線沿物體表面掃描并采集數據，重復此過程后將所有的數據組合成一個3D模型。線掃描式的輪廓儀通常有一個CCD相機或者是掃描個頭，相機或掃描個頭會以特定的角度觀察物體，再通過光柵或者是旋轉鏡反射出的光線去觀察工件表面的細節信息。

 

　　1. 光柵或者是旋轉鏡的選擇都是重要的

 

　　在選擇光柵和旋轉鏡這兩種方案時需要根據實際的應用需求去考慮，對于需要高精度的測量，推薦使用旋轉鏡方案，其精度達到像級別，在視角方向上是連續的，感覺上比光柵的掃描方式更加穩定；而當需要快速地采集大量點云信息時，則推薦使用光柵。.

 

　　2. 測量線的移動是關鍵

 

　　線掃描式輪廓儀在進行測量時，測量線的移動關系到輪廓儀的測量精度。移動的頻率必須與采樣頻率鎖定，否則將會丟失圖像信號并可能導致測量出現誤差。此外，線掃描測量時需要注意掃描線與物體表面的最佳夾角；夾角不宜過小（如小于30度），否則影像數據可能無法清晰采集。

 

　　3. 相機的校準對測量結果影響極大

 

　　即使的相機，也無法保證攝像機的成像與實際物體的表面一一對應。因此，在使用輪廓儀進行測量之前必須對攝像機進行校準。相機校正分為單點校正和全局校正兩種，一般情況下需要進行全局校正以消除相機的畸變。

 

　　4. 數據處理的同時要注意刪除掉一些明顯的誤差點

 

　　進行完測量之后，會發現測得的點云數據中，有些點的位置明顯是錯誤的。這些錯誤點可能是由于灰度測量時間過長導致的，或者是因為物體表面有遮擋或者漏光導致某些點的位置不可靠。因此，在數據處理的過程中，需要結合實際情況刪除或調整這些錯誤點。
 

 

　　三、面掃描式

 

　　與線掃描式輪廓儀不同，面掃描式輪廓儀采用逐個掃描的方式，直接通過激光束對工件表面進行掃描，獲取工件的三維形狀。在工作時，面掃描式輪廓儀會在不停地舞蹈發出一束激光線，通過測量工件表面到激光線的時間來確定物體表面的位置信息。相比于線掃描式輪廓儀，面掃描式輪廓儀能夠快速地獲取物體表面的精確數據，但是對于表面的光澤和特定紋理的物體測量有著一定的限制。

 

　　1. 適合測量光澤度低或光澤度勻稱的工件

 

　　面掃描式輪廓儀的測量結果受物體表面光澤度的影響比較大，因此只適合測量光澤度低或光澤度勻稱的物體。

 

　　2. 激光功率的控制是關鍵

 

　　激光功率的大小會影響掃描的深度，因此需要充分考慮要測量的物體，選擇合適的功率。通常在進行測量前，可以先進行功率測試，根據測試結果設置合適的功率。

 

　　3. 在測量曲面物體時，需要嚴格控制掃描角度

 

　　曲面物體視覺檢測難度大，因為曲面物體的表面具有充分發揮表面光澤度和反射特性，若想得到合格的結果必須保證掃描時的角度越接近垂直越好。
 

 

　　四、總結

 

　　通過對線掃描式和面掃描式輪廓儀的測量原理的介紹，可以看出兩者各有優勢。對于需要精度較高的測量，線掃描式輪廓儀更為適合。而面掃描式輪廓儀則具有快速掃描、測量深度大等優勢。但不論是哪種輪廓儀，都需要掌握好運用技巧及注意事項，才能夠確保測量結果的準確性與可靠性的。