深入了解3D激光三角测量2对线结

崔永玲 https://mysk.familydoctor.com.cn/comment_319981_1/

了解线结构光的参数对于创建和校准精确的3D三角测量系统至关重要。所有线结构光产生的光束都既不是完美的直线,也不完全均匀的,其特征会随着工作距离的变化而变化,只有了解并量化这些特征,我们才能获得准确的测量结果。

功率均匀度

一个关键参数是线束的功率均匀性,它的波动通常是由于制造工艺和配件公差导致的。具体可以体现为线束不同位置的功率强度变化,不平坦的功率分布,以及不合理的光学匹配导致的光散射。这些问题都会影响最终的测量误差。

大多数激光线结构光的制造商将线束的功率均匀性指定为强度分布与给定区域内平均强度值的变化,但是通常并不能给出明确的量化数值,测试手段也各不相同。针对这一问题,长春新产业激光对这一指标进行了严格的定义,将线束功率均匀度(Iavg)表示为线束中最大强度(Imax)减去最小强度(Imin)除以(Imax)和(Imin)的总和。

与此同时,新产业激光采用了更为严谨的测试手段,用高精度功率计配合狭缝,对整条投影线进行扫描的同时对各点功率进行积分。通过分析取得的数值来定义(Imax)和(Imin)。从而保障了(Iavg)的精确性。

这种更严格的定义能够对指标进行量化,通过挑选合适的功率均匀度的产品,来满足不同的使用需求。与此同时,满足这一规范能够帮助保持产品的高度一致性,这使系统构建商可以更轻松地校准其产品并保持一致的性能。

激光线宽

即使在制造过程中没有出现问题,聚焦后的激光线宽也会随着工作距离的变化而变化,这些变化的幅度在很大程度上取决于结构光的制造工艺,因此对于光学配件的选择对于系统性能有着重大影响。

大多数线结构光是基于半导体激光器,与垂直方向(快轴)相比,半导体激光器在另一个方向(慢轴)具有更大的光斑尺寸和更小的发散角。这是半导体激光器的固有特性,因为它们的发射面在一个维度上比另一个维度长很多。我们可以通过改变半导体激光器和棱镜的配置方式来影响最终的线条呈现效果。

首先,通过定向输入激光束,使快轴方向成为经过棱镜后的线宽方向,而慢轴成为线长方向,可以在焦点处获得更小的线宽。而更窄的线宽可提供更高的分辨率和功率密度,从而能够区分被测物体高度的较小尺度变化。

然而,衍射也使得一条更高度聚焦的窄线比一条更宽的线在焦点外扩散得更快。因此,实现窄聚焦线宽(以实现更高分辨率)必然以系统景深为代价。

最后,还有另一个更微妙的影响,即当平面物体垂直于激光束的路径放置时,光束的边缘必须比光束中心稍微远一点才能到达物体。由于光束在这个额外距离上发散,边缘处的线宽将比中心处略大(假设线的中心处于焦点)。我们通常称这个为“领结”效应。简单概括就是:越窄的线宽,带来越小的景深以及更明显的“领结”效应。所以在配置激光线宽的参数时,必须综合考虑实际的使用,或者咨询新产业激光以寻求合适的参数配置建议。

直线度

最后一个值得一提的激光线参数是直线度。现实世界中投影的激光线很少是完全笔直的。最常见的是,可能会出现弓形,或有时略呈“S”形。当入射激光束以非垂直入射角进入光束整形光学器件时,最常导致弯曲形状。

由于直线度取决于光学校准,因此它可能存在个体差异,在整套系统中也可能因为应力或者温差效应而随时间变化,因此需要适当的系统校准以考虑直线度并产生准确的测量结果。

尽管使用激光线结构光的激光三角测量系统比大多数其他3D视觉技术相比,能够提供更高的效率和准确性,但系统的简单性具有欺骗性,最终的效果严重依赖于结构光的几个系统参数。一些供应商在定义这些参数时的模棱两可更是为结构光的选择增加了困难。

因此,了解如何指定关键系统参数至关重要,以便最终的激光三角测量系统在成本和性能方面能够很好地匹配。

(长春新产业激光提供的线结构光)

长春新产业激光

长春新产业激光致力于为3D三角测量系统提供专业且质量稳定的线激光源,能够为各位系统搭建商提供最适合的结构光选择建议,并提供配套的结构光方案和产品。目前新产业激光的线激光产品已经在3D激光轮廓传感器,焊缝跟踪传感器以及其他3D三角测量系统中被广泛使用。

如有线激光源需求,或需了解更多3D激光三角测量的信息,请联系CNI长春新产业激光,并与我们的3D成像专家沟通。

(新产业激光总部)



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