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中正大學運用3D掃描技術 打造線上量測系統加速生產線效率

中正大學將機械手臂結合3D結構光掃描重建技術,讓加工件可進行線上量測。廖家宜

由科技部主辦的未來科技展自13日起一連3天於世貿三館展出。除了展示前瞻技術之外,也順應全球趨勢如接軌工業4.0浪潮而發展出智慧製造解決方案。其中,中正大學研究團隊將3D模型運用於線上量測,加速生產線運作效率,並透過虛擬實境協助機械設備廠商加強展銷能力。

中正大學將機械手臂結合3D結構光掃描重建技術,改善過去生產線離線量測的痛點。量測是品管流程裡重要的環節,但是過去從生產線上加工完的工件必須送至品管單位透過量測機台離線量測,且由於耗費時間與人力,因此業者大多採取抽樣檢測的方式。

然而離線量測往往有幾個缺點,中正大學研究團隊表示,一來需將待量測的工件從機台上拆卸下來是個麻煩多餘的作業,二來一旦發現誤差要重新送回機台進行補償,精度就跑掉了,而這一來一往,更耗費不少作業時間。

為了加速製造流程並減少加工誤差,中正大學在機械手臂上利用投影機與攝影機,透過3D結構光掃描重建技術即可在生產線上進行量測作業。3D測量的原理其實類似於相機拍照原理,相機取得的是色彩、相素資訊,而3D掃描則是擷取物件的位置資訊,在工件表面形成點雲座標,只要將3D模型與原CAD模型比對後,便可知道誤差。

結構光的原理是透過投影機將特定光柵投射到被測物體表面,並通過單個或多個相機拍攝被測物體表面輪廓的光柵圖像,透過光柵的變化程度以三角測量法取得3D資訊後重建3D模型。類似於繪製海底地形圖的聲納系統,通過反射訊號來確定深度。

當重建出工件的3D模型後,只要與CAD模型進行比對便可知加工誤差,屆時便可立即在線上進行加工補償。而將系統與關節式機械手臂結合,可利用機械手臂多自由度的特性進行360度的掃描,亦或是讓工件置於旋轉盤上進行掃描。

此外,透過3D結構光掃描技術,不僅可免除工件量測拆卸的麻煩,更可藉此建立3D可視化擬真互動方式,結合虛擬實境技術,將機械設備以逼真、沉浸式體驗的方式呈現,因此也可減少廠商赴海外展示的成本與場地限制,如機台搬運與多種機台展示,讓客戶可透過虛擬實境體驗以不同角度觀看機台設備。特別是台灣工具機產業高達八成都是外銷出口,透過虛擬實境應用,也可大幅降低本土廠商在海外市場的隱形成本。

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