3D扫描透明物体！Fraunhofer IOF红外波长新技术

导读：随着3D打印的普及，建模技术也有了飞速的发展。扫描建模是一种新型、快捷的创建3D模型的方式。但是，许多扫描仪器只能扫描没有光反射的物体，遇到透明物体只能先喷涂一层不反光涂料，然后进行扫描。那么，真的就没有透明材料扫描仪了么？

南极熊获悉，德国Fraunhofer Institute应用光学与精密工程学院IOF的研究人员于2021年5月4日宣布开发了一种新的3D扫描方法，可用于反射物体。借助“ MWIR-3D传感器”，可以三维扫描物体，而不管是否由透明塑料还是玻璃制成。甚至可以轻松检测到具有金属光泽或黑色表面的物体。新的3D红外传感器还可以检测组合了不同材料的物体。

△用MWIR-3D 3D扫描透明物体

当下的3D扫描

3D扫描是进行逆向工程的重要工具，是产品数字化的关键一步，实现更灵活的制造。如今，有几种3D扫描方法，但是每种方法都有不同的缺陷。除了仅用于点测的基于“触摸”的3D扫描之外，大多数3D扫描系统都使用光学技术。

• 摄影测量：将一系列2D图像转换为3D模型
• 激光扫描：向目标表面发射光束，双摄像头确定每个点的3D位置
• 结构化的光：在表面上呈现出特定的图案，利用图案变形揭示3D几何形状
  

这些方法都有一个难题：反射率和透明度。它们各自依赖于从目标反射回来的光并且以可预测的方式返回到观察相机。当扫描玻璃时，因为光线在通过时会发生弯曲，扫描仪无法确定点源，因此无法正确扫描。透明物体甚至轻微反射的物体也会产生类似的效果。由于光路效应，3D扫描类似金属零件这样略微发亮的物体变得具有挑战性。对于这类问题，解决方法通常是在物体表面喷涂清漆，然后进行扫描。

透明3D扫描

Fraunhofer IOF研究人员创建了一种称为“ MWIR-3D传感器”的新设备，据说能够扫描任何物体，甚至透明物体。与标准的3D激光扫描非常相似，只是这种方法使用红外波长代替光学波长。由于测量场的尺寸以及分辨率和速度，这种方法还适用于生产过程中的质量控制或自动化应用。

△系统与热辐射一起用于透明物体的3D检测

系统使用红外辐射，利用高能CO2激光照射物体。这会稍微加热物体的表面，因为引入的热能非常低，所以不会损坏对象。研究人员使用高功率密度的特殊透镜，激光束垂直照射整个物体，激光的能量被被测物体吸收并部分重新发射。因此，物体表面的每个点对红外探测器都是可见的。两个热像仪从两个不同的角度分析对象上狭窄而强烈的红外线所留下的热特征。然后，利用两个视角的信息计算空间像素，并合并为被测物体的精确尺寸。受热和未受热表面之间的温差通常小于3°C。因此，这种方法也适用于敏感材料。

△MWIR3D测量原理

为了减少热辐射渗入相邻区域，并且不会混淆检测器，研究人员使用专用的透镜将激光照明精确地聚焦在较小的点上，不仅可以快速进行扫描，而且可以提高分辨率。研究人员说，精度可能小于0.01mm，这与目前最好的3D扫描仪相当。

△“Glass360Dgree”：首个用于检查光学制造中的Glasele的MWIR3D系统

在Fraunhofer IOF，研究人员目前正在开发基于MWIR3D测量方法的各种系统。除了针对各种测量场景优化方法并应用于工业工厂外，由Martin Landmann和小组负责人Stefan Heist博士领导的团队正在研究一种用于机器人技术的系统，致力于将实验室设置转换为尽可能紧凑和强大的生产空间，而这项技术可以使机器人识别并抓取透明物体。第一个使用MWIR3D测量原理的应用系统是“Glass360Dgree”，专为检查光学产品中的玻璃元件而设计。南极熊全球3D打印产品库https://product.nanjixiong.com/已经收录了这款产品，欢迎咨询。

参考阅读：

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