3D表面检测系统Surface 3D，可全自动完成调制光照与多次拍摄，轻松解决金属、玻璃等光泽工件上的刮伤、凹凸、脏污等细小缺陷检测需求，应用于电池、玻璃、手机电子、金属加工等行业。

随着工业4.0的逐步推进，制造业逐步向更高端的无人化、智能化发展。而作为制造业生产中不可或缺的一环——质量检测环节，要求也逐步提高。早年间传统的人工检测、2维平面成像检测已无法满足日益增长的检测需求。3D成像技术渐渐被人们所关注，并蓬勃发展。常见的3D成像技术有很多，诸如激光三角法、结构光法、双目法、TOF法、光谱共焦法、3D光场成像法等。

激光三角法与结构光法原理接近，均源于光学三角量测法。激光三角法是将激光图案投射到物体表面成像。探测器通过确定摄像头上成像激光的位置并通过算法计算得出传感器到表面的距离。通过对样品或相机平行移动获取样品各点数据，复现物理表面三维形状。

结构光法基本思路是光源将一定模式的结构光投射到物体表面，在表面上形成由被测物理表面形状所调制的光条三维图像。图像通过另一侧的探测器收集，从而或得光条二维畸变图像，通过算法对图像进行解析，从而复现物理表面三维形状轮廓[1]。

双目法类似人眼，通过复数位探测器采集，在同一空间内的物理点位将不同图像中的映射点位进行一一对应，从而获取场景内各点到图像采集器之间的数据，进而推算出3D点云数据。

TOF法，多用于激光雷达、无人驾驶类领域，其基本原理是通过连续发射光脉冲到被测物体上，然后通过传感器接收，通过光脉冲的飞行时间/相位偏移量进行推算目标距离。

光谱共焦法，其本质是如图1所示通过光谱显微技术中利用位置色差，将白光照射到色散透镜组上，分解为各个波段的单色光。每个单色光都对应一个接收的距离值，通过对反射光进行接收，波段分析，判断出样品表面到探测器的距离值，从而复现物体表面三维形貌[2]。

图1 光谱共焦原理

3D光场成像法与传统成像系统探测方式不同。传统成像系统探测的光场只记录光线所经过的位置信息而丢失了与场景深度、目标几何形态、场景遮挡相关联的光线角度信息。而3D光场成像法采用在探测器面添加微透镜阵列形式，通过记录光辐射在传播过程中的位置与方向，构成光场采样。如下图2所示，每个宏像素对应于光场的一个位置采样，宏像素内的每一点对应光场在该位置的一个方向采样[3]。

图2 基于微透镜阵列的光场采样

在这些方案之中，应用于智能制造领域的多为激光三角法、结构光法、光谱共焦法、3D光场成像法。这些方法各有特点，但也有其局限性。

高视科技，专注于高端边缘智能视觉模组研发。公司研发团队拥有十余年编码成像及工业视觉的技术积累。公司是业内少数具备反光、高动态等高难度场景需求解决能力的视觉模组厂商，致力于以3D轮廓仪为载体，掌握面向复杂场景的编码摄像关键技术，可实现超高性价比的复杂场景视觉传感解决方案，如图 3所示。

图3 复杂场景视觉传感解决方案

经过了多年的研究，推出了抗干扰、精密、高速三系列产品，其中抗干扰系列主要针对反光干扰，有效抑制杂散光、轻松消除飞点，能保留清晰的关键特征；精密系列具有超高分辨率，拥有4600个横向轮廓点，光学分辨率高达3um，兼具大幅面与高速率，全画幅速率>2kHz；高速具有高速在线检测模式，拥有超高带宽，全画幅在4kHz速率下2048轮廓点，传感器集成高性能算子，无需二次开发，如图4所示。

图4 系列产品

公司结合2D和3D检测技术优势，推出了国内自主研发的第一款3D表面检测系统Surface 3D，可全自动完成调制光照与多次拍摄，轻松解决金属、玻璃等光泽工件上的刮伤、凹凸、脏污等细小缺陷检测需求，应用于电池、玻璃、手机电子、金属加工等行业。

图5 Surface 3D表面检测图

目前已在新能源锂电、电子制造、金属加工、晶圆检测等领域均逐步开展3D检测方案产品应用。

在新能源锂电行业，针对锂电池防爆片刻线处的深沟凹槽深度检测，部分友商激光三角法测量，但结果造成3D点云刻线两侧产生高低飞电，从而影响对刻线深度的取值判断，如图6所示。采用特有的计算光学成像技术，轻松解决金属凹槽处激光多次反射问题，得到准确的刻线槽型、槽宽、刻线深度。

图6 锂电池防爆片深沟凹槽深度检测

在电子制造领域，针对PCB板原件检测，传统检测多会由于焊点多锡反光，造成飞点，影响检测的准确率。如图7所示，优化，成功消除镜面反射光造成的飞点，从而有效避免了漏检过判。

图7 PCB板元件检测

在金属加工领域，由于金属件存在不规则性，多径反光严重，将会严重影响获取数据的准确性与重复性。图8所示，完美消除严重多径反射造成的飞点数据，获得了精准的孔面数据。

图8 螺母质量检测

在晶圆检测领域，由于wafer制造的特殊性，采用高精度采样点距，通过对wafer特有的bump进行扫描，如图9所示，针对数据进行筛选处理后 与客户量测显微镜数据比对，数据结果无较大偏差，被用户认可。

图9 bump扫描3D形貌图

（高视科技（苏州）股份有限公司 邹伟金）

参考文献

[1] https://blog.csdn.net/tyfwin/article/details/89110067

[2] 刘乾, 王洋, 杨维川, 等. 线性色散设计的光谱共焦测量技术[J].强激光与粒子束，2014 26(5)

[3] 周志良. 光场成像技术研究[D]. 中国科学技术大学, 2012