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應用于大型工件檢測的工業攝影測量技術，你了解多少？
先臨課堂
2024.08.05
近年來，制造業朝著高質量、數字化、柔性自動化的方向快速發展，為滿足外觀美觀簡潔和結構高性能等目標，工業產品的產品外形日趨多樣，結構設計越來越復雜，一體化成型制造工藝的采用占比不斷增加，這些趨勢對工件幾何尺寸和形狀位置的檢測精度、效率提出了越來越高的要求，尤其在面對中大型工件檢測時，由于零件不便移動，現場測量環境的復雜性和多尺寸測量的效率要求，都對傳統的接觸式尺寸測量裝備提出了新挑戰，對采用非接觸式的光學三維掃描測量儀器，進行高效率全尺寸測量的需求也日漸增加。
工業攝影測量是如今較為熱門的非接觸式大范圍場景測量技術之一，技術發展相對成熟，應用領域廣泛。本期“小精鷹微課堂”，將帶大家了解工業攝影測量技術的發展、用途分類、產品現狀和應用方向。
攝影測量技術應用示意圖
傳統工業測量設備示意圖
傳統工業攝影測量產品主要是通過在物體的表面及周圍放置編碼點和標志點，利用高分辨率相機從不同的角度和位置對物體進行拍攝，得到一定數量的照片，然后將拍攝的照片導入到軟件中自動計算出編碼點和標記點的空間位置信息。這些文件可導入到三維數據采集軟件中，在此基礎上進行完整三維尺寸數據的獲取。
如同計算機技術的發展推動了攝影測量進入數字時代的一樣，計算機視覺、儀器儀表、傳感器、機器人、人工智能等技術的快速發展，也為工業攝影測量技術的發展注入了新的活力。
近年來，創新方案不斷涌現，尤其是高精度三維掃描+工業攝影測量的結合，以其精準、全面、高效的三維數據獲取能力，嵌入工業制造的大尺寸產品開發設計、質量控制、智能制造等關鍵環節，直擊應用需求及用戶痛點，提升檢測效率和準確度，為眾多行業產品質量提升與生產自動化改造提供有力支持。
多線激光三維掃描技術示意圖
應用示意圖
01
傳統方案：獨立工業攝影測量系統
系統組成
專業相機：相機在攝影測量系統中主要起到圖像獲取的作用。
測量標尺：標尺的主要作用是控制采集數據的整體尺寸。
編碼點：由一個中心點和周圍的環狀編碼組成，每個點有自己的編號；測量軟件可通過圖像分析出被測物體上編碼點的坐標、法向以及編號。
標志點：幫助系統進行匹配和定位,提高掃描的準確性和重建的精度。
測量軟件：用于分析圖像及相關參考點，計算出各個參考點的三維坐標。
高性能便攜式電腦
系統優勢
大范圍：非接觸式測量，采集范圍從數米到幾十米量級，適用于大型或超大型工件的外形尺寸測量；
高精度：采用高分辨率相機、高精度測量標尺、磁性編碼點，并搭載先進的軟件算法，保證全局尺寸測量精度水平；
操作簡單：使用相機對準被測量物體進行拍攝即可，沒有復雜的專業操作與設置；
適用性強：設備輕便，不受環境和測量范圍限制，復雜情況下亦可執行測量作業；
兼容性強：輸出的文件是由標記點和編碼點的三維坐標信息構成，可以直接導入主流三維數據采集軟件中作為三維掃描的框架點，有效的保證三維掃描儀在掃描大型物體時的精度。
系統劣勢
-需要用戶圍繞大型零件，站在多個角度，定點拍攝大量的多角度照片；
-學習成本高，需要操作人員具有豐富經驗才能保證精度穩定；
-傳統方案的攝影測量系統必須使用編碼點，以確定三維空間關系。但布置編碼點過程復雜，物體越大需要編碼點就越多，耗費時間久。
測量流程
02
新型方案：內置式工業攝影測量系統
方案優勢
全局精度控制：三維掃描設備采用一體化設計，內置攝影測量功能，一機多用，不受物體形狀限制，可高效控制大型工件三維數據全局精度。（以先臨天遠FreeScan UE Pro和FreeScan Trio為例，兩款設備分別內置雙目與三目攝影測量功能。無需使用編碼點，即可在攝影測量模式下高效地獲取準確的測量結果，體積精度高達0.015 mm + 0.02 mm/m。）
高效穩定易用：采用連續的全角度拍攝，無需選取特定角度定點拍攝，測量流程簡單，即使是新手，也可拍攝得到全角度的照片，保證穩定的精度水平。
數據實時顯示：拍攝結果實時視頻流式呈現，可視化程度高，沒有拍攝到的角度可實時補充，進一步保證全局尺寸精度水平。
操作便捷靈活：環境適應性強，對于超大型、重型工件的攝影測量，也無需移動至開闊地帶。
以高精度手持式3D掃描儀替換高分辨率單反相機，集成攝影測量標尺，無需布置編碼點，在強大的算法支撐下，可快速鎖定大場景目標框架空間位置，高效控制大尺寸物體三維掃描的全局精度，是先臨天遠自主研發的發明專利技術。
測量流程
以先臨天遠FreeScan UE Pro多功能激光手持三維掃描儀+攝影測量，直升機機身完整三維數據為例；
產品應用方向
全尺寸檢測：提供了一種客觀、精密的檢測工具，通過無損、快速地捕獲對象的完整三維數據，進而實現高質、高效的尺寸質量控制，顯著降低了傳統測量方式中因人工操作而產生的誤差和成本消耗。
產品設計開發：提供高精度三維模型數據參考，助力工程師快速準確地進行產品原型制作、逆向工程、設計驗證及迭代優化，縮短產品設計周期，?提高設計效率和準確性。
輔助智能制造：為數控加工、增材制造、一體化成型、機器人系統等提供準確的工作數據，確保制造過程的精確度和一致性，實現生產效率和良品率的雙項提升，助力工廠打造自動化、智能化、柔性化制造產線。
