三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)引入如何獲取這些物體的三維信息呢？這就涉及到三維測(cè)量技術(shù)。隨著科技的反展，各種技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并且在很多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)三維測(cè)量技術(shù)的分類接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量坐標(biāo)測(cè)量機(jī)光學(xué)方法非光學(xué)方法主動(dòng)式被動(dòng)式激光掃描法激光測(cè)距法相位測(cè)量法數(shù)字全息法單目視覺(jué)法CT、STM、AFM雙目視覺(jué)法三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM)（如服裝設(shè)計(jì)、工業(yè)檢測(cè)等）逆向工程（RE）快速原型（RP）及虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）(如自動(dòng)導(dǎo)航，計(jì)算三維動(dòng)畫(huà)模擬等）醫(yī)學(xué)（CT、MRI等）三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種幾何量測(cè)量?jī)x器，它的基本原理是將被測(cè)零件放入它允許的測(cè)量空間，精密地測(cè)出被測(cè)元素上測(cè)量點(diǎn)的X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)值，根據(jù)這些點(diǎn)的數(shù)值經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，擬合成相關(guān)幾何元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算得出形狀、位置公差及其它幾何量數(shù)據(jù)。它以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）德國(guó)Klocke公司的3D-Nanofinger是一款集納米級(jí)三維坐標(biāo)測(cè)量與表面形貌測(cè)量為一體的綜合測(cè)量設(shè)備1．測(cè)量范圍：（可選）

X=10,20,30或50mm；

Y=10,20,30或50mm

Z=10或20mm

2．移動(dòng)分辨率：1nm

3．移動(dòng)速度：最快達(dá)到2mm/s

４.探針?lè)直媛剩?.5nm三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)激光掃描法近年來(lái)隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光三角形法（Laser-basedtriangulation）逐漸得到廣泛應(yīng)用。它所采用的光源主要有點(diǎn)結(jié)構(gòu)、線結(jié)構(gòu)和雙線結(jié)構(gòu)。它的基本原理是光學(xué)三角形原理。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)激光三維掃描儀其工作原理是使用激光三角測(cè)距原理，通過(guò)光源孔發(fā)射出一束水平的激光束來(lái)掃描物體。該激光線經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)平面鏡的作用，改變角度，使得激光線發(fā)射到物體表面。物體表面反射激光束，每一條激光線都通過(guò)CCD傳感器采集成一幀數(shù)據(jù)。根據(jù)物體表面不同的形狀，每條激光線反射回來(lái)的信息中所包含表面形狀和顏色數(shù)據(jù)。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)激光三維掃描儀主要用途：工業(yè)設(shè)計(jì)中采集轉(zhuǎn)換研究設(shè)計(jì)之物件的CAD

?逆向工程：為原始部件實(shí)體，建立三維CAD數(shù)據(jù)；

?用于計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)分析的三維形狀捕捉獲?。–AE和FEA）；

?醫(yī)療應(yīng)用：醫(yī)學(xué)外科規(guī)劃（上頷面，牙齒等整形外科）矯正和修補(bǔ)術(shù)，塑料外科術(shù)運(yùn)用，醫(yī)學(xué)人體測(cè)量；

?數(shù)字化檔案：博物館，人工制品和古文物記錄考古學(xué)，人類學(xué)研究；

?在線質(zhì)量控制檢查，用于生產(chǎn)線上產(chǎn)品的質(zhì)量控制（例如CAI，CAT）；

?樣品檢查；工具和模具檢查。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)激光測(cè)距法基本原理是直接測(cè)量光束的傳播時(shí)間。在測(cè)量時(shí)，目標(biāo)脈沖經(jīng)反射回到接收探測(cè)器，參考脈沖經(jīng)光導(dǎo)纖維被探測(cè)器接收。這兩個(gè)脈沖的時(shí)間差轉(zhuǎn)換成距離。也稱時(shí)間飛行法三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)自動(dòng)掃描激光測(cè)距儀主要技術(shù)指標(biāo)：

1、激光器：波長(zhǎng)620nm~690nm

出射功率：≤1mW

2、工作距離：0~50m

3、自動(dòng)掃描范圍：±6°~±90°

4、測(cè)距精度：±5mm三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)相位測(cè)量法（PMP）三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)相位測(cè)量法（PMP）傅立葉變換法三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)相位測(cè)量法（PMP）三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)相位測(cè)量法（PMP）三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)相移干涉測(cè)量術(shù)tInterferograms三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)相移干涉測(cè)量術(shù)三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)相移干涉測(cè)量術(shù)三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)數(shù)字全息法基本過(guò)程為：采用激光照射待測(cè)樣品產(chǎn)生全息圖，利用CCD記錄全息圖并以數(shù)字方式存入計(jì)算機(jī)，然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)模擬全息圖的再現(xiàn)過(guò)程得到以層析方式顯示的三維物場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)三維物場(chǎng)進(jìn)行定量分析、測(cè)量和三維重構(gòu)。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)數(shù)字全息法CCDPZTBS1BS2BS3ObjectM1M2M3LPCLaser三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)數(shù)字全息法昆蟲(chóng)翅膀的再現(xiàn)像記錄的數(shù)字全息圖三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)單目視覺(jué)法單目視覺(jué)法采用攝像機(jī)得到三維景物在光敏探測(cè)器上的二維透視圖像，主要包括聚焦法和離焦法。離焦法原理圖三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)雙目視覺(jué)法立體視覺(jué)的研究主要由以下三部分組成：*攝像機(jī)模型的建立和標(biāo)定*立體匹配*三維重建

三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)雙目視覺(jué)法Pp1O1C1p2C2O2ZXYOu2v2u1v1基本原理如圖所示，P為空間任意一點(diǎn)，p1、p2分別為P點(diǎn)在攝像機(jī)C1、C2上的成像點(diǎn)，通過(guò)立體視覺(jué)計(jì)算即可由像點(diǎn)p1、p2的坐標(biāo)(ui,vi)(i=1,2)重建點(diǎn)P的三維坐標(biāo)(X,Y,Z)。在這個(gè)重建的過(guò)程中，要解決圖像特征點(diǎn)的提取與匹配、攝像機(jī)標(biāo)定和三維重建三個(gè)基本問(wèn)題。

三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1982年，IBM瑞士蘇黎士實(shí)驗(yàn)室的葛·賓尼（G．Binning）和?！ち_雷爾（H．Rohrer）研制出世界上第一臺(tái)掃描隧道顯微鏡（ScanningTunnellingMicro－scoPe，簡(jiǎn)稱STM）．STM使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物化性質(zhì)，在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景，被國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大科技成就之一．為表彰STM的發(fā)明者們對(duì)科學(xué)研究所作出的杰出貢獻(xiàn)，1986年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金．掃描隧道顯微鏡（STM)三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)掃描隧道顯微鏡（STM)三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)掃描隧道顯微鏡（STM)

掃描隧道顯微鏡是根據(jù)量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)原理，通過(guò)探測(cè)固體表面原子中電子的隧道電流來(lái)分辨固體表面形貌的新型顯微裝置。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)掃描隧道顯微鏡（STM)根據(jù)量子力學(xué)原理，由于電子的隧道效應(yīng)，金屬中的電子并不完全局限于金屬表面之內(nèi)，電子云密度并不是在表面邊界處突變?yōu)榱?。在金屬表面以外，電子云密度呈指?shù)衰減，衰減長(zhǎng)度約為1nm。用一個(gè)極細(xì)的、只有原子線度的金屬針尖作為探針，將它與被研究物質(zhì)(稱為樣品)的表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)樣品表面與針尖非常靠近(距離＜1nm)時(shí)，兩者的電子云略有重疊，如圖所示。若在兩極間加上電壓U，在電場(chǎng)作用下，電子就會(huì)穿過(guò)兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘，通過(guò)電子云的狹窄通道流動(dòng)，從一極流向另一極，形成隧道電流I。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)掃描隧道顯微鏡（STM)兩種工作方式

三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)掃描隧道顯微鏡（STM)高序熱解石墨的結(jié)構(gòu)圖像三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)掃描隧道顯微鏡（STM)三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)掃描隧道顯微鏡（STM)這是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所的科技人員利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過(guò)搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國(guó)地圖三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)原子力顯微鏡（AFM）AFM的基本結(jié)構(gòu)與STM相似,差別在于并非利用電子隧道效應(yīng)，而是利用原子之間的范德華力（VanDerWaalsForce）作用來(lái)呈現(xiàn)樣品的表面特性。三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)原子力顯微鏡（AFM）在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，是利用微小探針與待測(cè)物之間交互作用力，來(lái)呈現(xiàn)待測(cè)物的表面之物理特性。所以在原子力顯微鏡中也利用斥力與吸引力的方式發(fā)展出兩種操作模式：

（1）利用原子斥力的變化而產(chǎn)生表面輪廓為接觸式原子力顯微鏡（contactAFM），探針與試片的距離約數(shù)個(gè)?。

（2）利用原子吸引力的變化而產(chǎn)生表面輪廓為非接觸式原子力顯微鏡（non-contactAFM），探針與試片的距離約數(shù)十到數(shù)百?。

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