海伯森3D閃測傳感器，以高效表面質量檢測成就制造的無暇

導讀：近年來，機器視覺技術在工業(yè)檢測領域的應用越來越廣泛，GGII數(shù)據(jù)顯示，預計到2023年我國機器視覺市場規(guī)模將達到208.6億元，其中3D視覺市場規(guī)模將達到34.28億元，預計至2025年將超過100億元。

信息技術的進步，第四次視覺革命將“人”、“機”和“物”進行了更深入的有機整合，基于光學原理的3D視覺檢測技術得到迅猛發(fā)展，為工業(yè)生產(chǎn)提供了更高效的檢測利器。

對比接觸式測量，3D視覺技術具有無損、高效和智能的特點；對比2D視覺，3D視覺在圖像處理性能、軟件算法和硬件配置上都有巨大提升，可以將目標對象轉化為具有精確坐標的三維點云。

盡管3D視覺檢測方式多樣，但是設備在原理采用、硬件配置上各有差異，能夠全面滿足檢測精度、檢測視野、檢測節(jié)拍等多方面要求的產(chǎn)品目前少之又少。如果過度追求節(jié)拍和效率，就可能在一定程度上犧牲掉精度，但是市場消費對于產(chǎn)品品質需求快速提升，隨之產(chǎn)品外觀檢測精度要求也越來越高。因此，企業(yè)為了兼顧效率和成本，工業(yè)產(chǎn)線就需要對特定項目的實際情況進行評估并選擇合適的檢測系統(tǒng)部署。

不同的產(chǎn)品在特性和應用上不盡相同，光譜共焦法對材質的適應性更強，但是檢測視野相對小，不適用于大尺寸材料的檢測。激光和結構光檢測速度快、視野更廣，但檢測結果容易受光強干擾，不適合拋光/鏡面等材質的檢測。

?3D檢測的分類?

采用主動立體視覺方法的結構光可實現(xiàn)更強的環(huán)境兼容性和更高的精度，以3D閃測傳感器為例，它結合了新型的3D影像測量技術，能輸出3D點云數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結構簡單且易于部署；一鍵設定即可將二維的結構光圖案投射到物體表面上，這樣無需要移動即可實現(xiàn)三維輪廓測量，適用于高節(jié)拍在線檢測場景。

從技術角度看，3D閃測傳感器是跨學科的工業(yè)檢測應用系統(tǒng)，涉及到光機電一體化、軟件算法、圖像處理等多個領域，因而技術瓶頸高，研發(fā)難度大，此前國內(nèi)還未有形成成熟的技術產(chǎn)品，因此市場長時間被進口品牌壟斷。值此一提的是，國內(nèi)高端工業(yè)傳感器一線企業(yè)海伯森突破了技術壁壘，于2022年4月就已正式發(fā)布了中國首臺3D閃測傳感器“大菠蘿”HPS-DBL60，這意味著國內(nèi)該產(chǎn)品領域的技術空白已然被填補。

海伯森3D閃測傳感器為何具備“閃測”的能力？是因為單次快門運行僅50μs~200ms，這是什么概念，對比人們口中常說的“一瞬間”0.36秒，即360000μs，一瞬間就能完成成千上萬次的快門閃動，而一次檢測無需一秒！相對于傳統(tǒng)視覺檢測是一項突破性的技術升級，而實現(xiàn)這一結果主要得益于產(chǎn)品從結構、軟件算法和硬件配置方面的全方面優(yōu)化。

首先，在結構上采用一體式設計，四面全覆蓋立體投光單元結合低畸變遠心鏡頭和高分辨率CMOS元件，可實現(xiàn)無死角零透視誤差的檢測，有效提升了檢測的精度（絕對測量精度20μm，重復精度1μm）。

在軟件上，產(chǎn)品通過光學系統(tǒng)和內(nèi)置投光算法的優(yōu)化，去除圖像中的光暈和陰影，減少表面光澤和亮斑，提升對高反光和黑色材料被測表面的適應能力，并可以通過軟件一鍵設定功能實現(xiàn)2D/3D的復合檢測功能。

還有在配置上，海伯森3D閃測傳感器配套了高性能控制器HPS-NB3200和40G光纖，是因為投影的每個面都有豐富的三維點云信息，相對比2D相機其數(shù)據(jù)運算量成倍的增加，如何將多個不同的投射圖案信息組合起來解碼無疑是技術的難點。對此，除了智能算法對圖像優(yōu)化，海伯森還利用高速光纖進行數(shù)據(jù)的實時、批量化傳輸處理，實現(xiàn)一秒內(nèi)的高精度3D在線測量。

流水線上機器全速運行，各環(huán)節(jié)緊密相扣，檢測最關鍵的就是“跟得上節(jié)拍，保得住精度”。然而在線辨別每個產(chǎn)品的缺陷，是一項繁瑣且持續(xù)的工作，因為過程中會涉及對大量產(chǎn)品特征數(shù)據(jù)的比對處理。尤其當檢測的材料表面存在復雜幾何形狀時，還要保證微米量級的3D檢測，傳統(tǒng)2D相機或者三維坐標尺很難完成檢測。

使用海伯森3D閃測傳感器替換傳統(tǒng)檢測方式，可有效節(jié)省人工成本，提升效率。

就以手機生產(chǎn)為例，一部智能手機上有1600多個零件和元器件，每個部件都存在多項檢測指標（壓傷，劃傷，崩點，擦傷，臟污，異色等），在局部檢測中還會涉及OCR識別、銜接孔尺寸測量或者是屏幕縫隙檢測等。此外，尺寸形貌計算、有無判定、缺陷檢測、瑕疵定位等各個檢測項目在產(chǎn)線上也并不是單獨進行的，而采用生產(chǎn)分工和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作形式在數(shù)據(jù)同步或合并的過程中可能因存在的偏差造成嚴重的產(chǎn)品質量問題。因此，基于海伯森3D閃測傳感器2D/3D復合的一鍵式在線檢測功能，企業(yè)產(chǎn)線部署該檢測系統(tǒng)既能完成產(chǎn)品2D尺寸的測量，亦可實現(xiàn)3D輪廓的分析，數(shù)據(jù)的實時同步還能有效滿足了多樣化的檢測需求。

?“大菠蘿”HPS-DBL60檢測手機中框 ?

除了手機外觀的檢測，3D閃測傳感器的典型應用還包括PCB的檢測，由于PCB板上元器件普遍采用表面貼片安裝技術，材料小而密集，且產(chǎn)品表面深度信息復雜，傳統(tǒng)形式的三角法測量容易產(chǎn)生盲區(qū)。此外，出于成本和空間部署方面的考慮，更大面積的檢測視野利于檢測節(jié)拍的提升，基于此需求，部署了海伯森3D閃測傳感器可實現(xiàn)對PCB產(chǎn)品外觀形貌的無死角檢測，這大大提升了生產(chǎn)效率。

?“大菠蘿”HPS-DBL60檢測PCB ?

正因為大工業(yè)生產(chǎn)下產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作，自動化生產(chǎn)、智能化管理成為未來趨勢。海伯森3D閃測傳感器為機器植入“眼睛”和“大腦”，讓機器理解現(xiàn)實的平面和三維空間，并通過智能化設定收集在線檢測數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)過程品質把控加把鎖，從而為企業(yè)降本增效。

總而言之，技術的升級依賴于創(chuàng)新，因此我們還需要加強國產(chǎn)化研究，實現(xiàn)更全面的進口替代。

海伯森持續(xù)深耕工業(yè)傳感技術研發(fā)，多年的經(jīng)驗沉淀，使海伯森在3D視覺檢測領域的每一步都邁的踏實穩(wěn)健，并逐漸走在國產(chǎn)化替代的前列。未來，海伯森將延續(xù)創(chuàng)新的基因，以積極的姿態(tài)融入市場需求，不斷開拓新產(chǎn)品新應用，以高效表面質量檢測成就制造的無暇，從而解決客戶難點和痛點，為工業(yè)“智”造提供更為專業(yè)可靠的高端傳感器產(chǎn)品和技術服務方案。

審核編輯 黃昊宇