非接触式三次元测量仪的检测原理核心是通过非接触传感器(如光学、激光等)捕捉物体表面的空间信息,结合机械运动系统和算法,将二维或三维数据转化为精确的坐标参数,最终实现对物体尺寸、形状、位置等参数的测量。不同类型的传感器对应不同的技术原理,具体如下:

1. 光学成像与立体视觉原理
这是视觉类非接触测量仪的核心原理,利用光学成像和几何算法还原三维信息,常见技术包括:
单目视觉 + 运动重建:
单台高分辨率相机通过在不同位置拍摄物体的多张二维图像,结合相机自身的运动轨迹(由测量仪的 X、Y、Z 轴移动记录),利用三角测量法计算物体表面各点的三维坐标。类似于人眼通过移动视角感知物体深度。
双目 / 多目立体视觉:
多台相机从不同角度同时拍摄物体,通过比对不同图像中同一特征点的位置偏差(即 “视差”),结合相机间的已知距离(基线距),利用立体匹配算法计算该点的深度信息,进而构建三维模型。原理与人的双眼视觉形成立体感一致。
结构光投射技术:
向物体表面投射预设的光学图案(如条纹、网格、随机散斑),图案因物体表面的凹凸而发生变形。相机捕捉变形后的图案,通过分析图案的扭曲程度(如条纹间距变化),结合投射器与相机的位置关系,计算出各点的高度差,最终重建三维轮廓。
例如:条纹投射时,物体凸起处会使条纹提前 “弯曲”,通过算法可反推出凸起的高度。
2. 激光扫描原理
激光类非接触测量仪通过激光束与物体表面的交互获取三维坐标,主要分为:
点激光扫描:
激光发射器发射一束聚焦激光(点光源)照射物体表面,反射光被接收器(如 CCD 相机)捕捉。根据激光发射方向与接收方向的夹角,结合发射器与接收器的固定距离(基线),利用三角公式计算出激光照射点的三维坐标(X、Y、Z)。测量仪的机械轴带动激光头或工件移动,逐点扫描即可获取物体表面的完整数据。
线激光扫描:
激光发射器通过光学元件将激光束扩成一条激光线(线光源),同时照射物体表面的一条线段。相机同步拍摄激光线在物体表面的变形图像,通过分析线上各点的位置偏差,一次性计算出整条线上所有点的三维坐标。配合机械轴的连续移动,可快速获取大面积的三维点云数据,效率远高于点激光。
3. 其他辅助原理
相位测量原理:
部分结构光或激光测量仪会使用 “调制光”(如正弦波条纹),通过分析反射光的相位变化来计算物体表面的深度。相位差与深度呈线性关系,精度可达微米级,适合高精度曲面测量。
共聚焦原理:
针对微观结构(如半导体芯片、光学镜片),采用共聚焦传感器,通过聚焦透镜将单色光聚焦到物体表面某一点,只有该点的反射光能通过针孔滤镜被接收。通过移动聚焦位置(Z 轴方向),找到反射光最强的点(即焦点),记录该点的 Z 坐标,实现纳米级的高精度测量。