3D掃描透明物體！Fraunhofer IOF紅外波長新技術(shù)

導(dǎo)讀：隨著3D打印的普及，建模技術(shù)也有了飛速的發(fā)展。掃描建模是一種新型、快捷的創(chuàng)建3D模型的方式。但是，許多掃描儀器只能掃描沒有光反射的物體，遇到透明物體只能先噴涂一層不反光涂料，然后進行掃描。那么，真的就沒有透明材料掃描儀了么？

南極熊獲悉，德國Fraunhofer Institute應(yīng)用光學(xué)與精密工程學(xué)院IOF的研究人員于2021年5月4日宣布開發(fā)了一種新的3D掃描方法，可用于反射物體。借助“ MWIR-3D傳感器”，可以三維掃描物體，而不管是否由透明塑料還是玻璃制成。甚至可以輕松檢測到具有金屬光澤或黑色表面的物體。新的3D紅外傳感器還可以檢測組合了不同材料的物體。

△用MWIR-3D 3D掃描透明物體

當下的3D掃描

3D掃描是進行逆向工程的重要工具，是產(chǎn)品數(shù)字化的關(guān)鍵一步，實現(xiàn)更靈活的制造。如今，有幾種3D掃描方法，但是每種方法都有不同的缺陷。除了僅用于點測的基于“觸摸”的3D掃描之外，大多數(shù)3D掃描系統(tǒng)都使用光學(xué)技術(shù)。

• 攝影測量：將一系列2D圖像轉(zhuǎn)換為3D模型
• 激光掃描：向目標表面發(fā)射光束，雙攝像頭確定每個點的3D位置
• 結(jié)構(gòu)化的光：在表面上呈現(xiàn)出特定的圖案，利用圖案變形揭示3D幾何形狀
  

這些方法都有一個難題：反射率和透明度。它們各自依賴于從目標反射回來的光并且以可預(yù)測的方式返回到觀察相機。當掃描玻璃時，因為光線在通過時會發(fā)生彎曲，掃描儀無法確定點源，因此無法正確掃描。透明物體甚至輕微反射的物體也會產(chǎn)生類似的效果。由于光路效應(yīng)，3D掃描類似金屬零件這樣略微發(fā)亮的物體變得具有挑戰(zhàn)性。對于這類問題，解決方法通常是在物體表面噴涂清漆，然后進行掃描。

透明3D掃描

Fraunhofer IOF研究人員創(chuàng)建了一種稱為“ MWIR-3D傳感器”的新設(shè)備，據(jù)說能夠掃描任何物體，甚至透明物體。與標準的3D激光掃描非常相似，只是這種方法使用紅外波長代替光學(xué)波長。由于測量場的尺寸以及分辨率和速度，這種方法還適用于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制或自動化應(yīng)用。

△系統(tǒng)與熱輻射一起用于透明物體的3D檢測

系統(tǒng)使用紅外輻射，利用高能CO2激光照射物體。這會稍微加熱物體的表面，因為引入的熱能非常低，所以不會損壞對象。研究人員使用高功率密度的特殊透鏡，激光束垂直照射整個物體，激光的能量被被測物體吸收并部分重新發(fā)射。因此，物體表面的每個點對紅外探測器都是可見的。兩個熱像儀從兩個不同的角度分析對象上狹窄而強烈的紅外線所留下的熱特征。然后，利用兩個視角的信息計算空間像素，并合并為被測物體的精確尺寸。受熱和未受熱表面之間的溫差通常小于3°C。因此，這種方法也適用于敏感材料。

△MWIR3D測量原理

為了減少熱輻射滲入相鄰區(qū)域，并且不會混淆檢測器，研究人員使用專用的透鏡將激光照明精確地聚焦在較小的點上，不僅可以快速進行掃描，而且可以提高分辨率。研究人員說，精度可能小于0.01mm，這與目前最好的3D掃描儀相當。

△“Glass360Dgree”：首個用于檢查光學(xué)制造中的Glasele的MWIR3D系統(tǒng)

在Fraunhofer IOF，研究人員目前正在開發(fā)基于MWIR3D測量方法的各種系統(tǒng)。除了針對各種測量場景優(yōu)化方法并應(yīng)用于工業(yè)工廠外，由Martin Landmann和小組負責(zé)人Stefan Heist博士領(lǐng)導(dǎo)的團隊正在研究一種用于機器人技術(shù)的系統(tǒng)，致力于將實驗室設(shè)置轉(zhuǎn)換為盡可能緊湊和強大的生產(chǎn)空間，而這項技術(shù)可以使機器人識別并抓取透明物體。第一個使用MWIR3D測量原理的應(yīng)用系統(tǒng)是“Glass360Dgree”，專為檢查光學(xué)產(chǎn)品中的玻璃元件而設(shè)計。南極熊全球3D打印產(chǎn)品庫https://product.nanjixiong.com/已經(jīng)收錄了這款產(chǎn)品，歡迎咨詢。

參考閱讀：

1. New 3D sensor scans transparent objects
2. New System for 3D shape measurement of transparentobjects in 360 degrees - Glas360Dgree 3D Scanner
3. Incredible New Tech Can 3D Scan Glass Objects