激光三角测量使用的是2D 摄像机和激光光源。激光光源将光线投射到目标区域，然后操作者再使用2D 摄像机进行拍摄。光线在接触被测物的轮廓时会发生弯曲，因此可以根据多张照片中光线位置的坐标，计算出物体和激光光源之间的距离。
激光三角测量借鉴了结构光的方法，在应对复杂的表面或当环境光线较弱时，相应的问题也能迎刃而解。即使物体的对比度较低，激光三角测量也可提供高精度的数据。但是，激光三角测量速度相对较慢，难以适应现代生产环境中不断加快的节奏。在扫描过程中，此技术要在被测量物保持静止时才能记录激光线的改变情况。其原理如图8.7所示。
图8.7 激光三角测量原理
2.激光三角测量3D 摄像机
激光三角测量也被称为光切法，它是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码测量技术，将一激光投射到三维物体上，通过CCD 摄像机或者位置敏感探测器（Position Sensitive Detector，PSD）接收返回的信息，即可算出相应的三维坐标。每个测量周期都可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。相对于激光点扫描法和光栅投影法，激光三角测量在测量精度和测量速度两方面都较理想，可根据测量对象及实际需要选择点测量、线测量、平面扫描、双面扫描、四面扫描和回转扫描等多种测量方式。随着激光技术的发展，激光三角测量逐渐得到广泛应用。它具有结构简单、精度高、测量速度快的优点。它的缺点是对物体表面特性和反射率有限制，如偏暗的表面、镜面反射表面、透明或半透明材料都难以测量，有阴影区域的物体在测量时会出现遮挡情况，且远距离测量的精度不高。
SICK Ranger3 是专为高要求图像处理任务打造，在全球范围内被用作检查系统的理想核心组件，凭借高测量精度和前所未有的测量速度，适用于众多领域，如轨道交通行业、电子行业、轮胎行业等。SICK Ranger3 的主要功能在于通过激光三角测量方法测量物体的3D 形状。作为一款设计独特的3D 摄像机，该摄像机在检测实际物体3D 形状时不受产品对比度或颜色影响，从而能够更可靠地帮助产品提升质量，且SICK Ranger3 体积小巧，方便安装。其外形和所采集到的3D 图像如图8.8所示。
图8.8 SICK Ranger3 外形和所采集的3D 图像
在每次测量时，SICK Ranger3 沿着面前物体的剖面进行测量，它的测量结果是轮廓图，其中包括沿着剖面每个测量点的数值，如沿着宽度的物体高度。若要测量整个物体，则应移动物体（或是摄像机与光源），使摄像机能沿着物体实施一系列测量。此类测量的结果是一系列轮廓图，其中包含沿着输送方向的特定位置剖面测量的结果，如图8.9所示。
图8.9 SICK Ranger3 的测量原理
1—输送方向；2—X（宽度）；3—Y（输送反方向）；4—Z（区域）；5—轮廓。
SICK Ranger3 的技术参数如表8.5所示。
表8.5 SICK Ranger3 的技术参数
3.SICK Ranger3 的数据采集
（1）SICK Ranger3 的IP 修改。SICK Ranger3 的默认IP 为169.254.x.x，所以需要先将电脑的IP 修改为169.254.x.x，后面两段任何数字均可，比如169.254.1.2，这样就可以与摄像机连接。修改摄像机IP 的过程（见图8.10）如下：
①在“Parameter editor”对话框中单击“Expert”按钮，进入Expert 模式。
②在“Parameter editor”对话框中选择“TransportLayerControl”→“GigEVision”（在下方而非右方）。
③勾选“GevCurrentIPConfigurationPersistentIP”复选按钮。
④修改“GevPersistentIPAddress”文本框，“GevPersistentSubnetMask”文本框，“GevPersistentDefaultGateway”文本框中的参数。
⑤单击“Refresh”按钮，并断电重启摄像机，此时摄像机的IP 将被修改为输入的IP。
图8.10 Ranger3studio 软件设置界面
（2）Ranger3studio。SICK Ranger3 是一款高速3D 摄像机，用作图像系统中的视觉组件。SICK Ranger3 测量时经过摄像机前方的物体，并将测量结果发送至计算机用Ranger3studio 进行后续处理。可在计算机上开始和停止测量，也可由图像系统中的编码器和单光束安全光栅触发测量。
如图8.11所示，摄像机当前状态列表中会显示所有可用的摄像机，单击其中一个选择连接或断开。成功连接摄像机后的列表如图8.12所示。
图8.11 摄像机当前状态列表
图8.12 成功连接摄像机后的列表
如图8.13所示，在Ranger3studio 软件视觉显示窗口中可以预览2D 实时图像，类似于RangerE 摄像机的image 模式。image 模式主要用于调试摄像机视野、聚焦和设置有效roi，还可以在该模式下设置实际采集图像的曝光时间，来判断曝光是否合适。
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图8.13 预览2D 实时图像
软件窗口如图8.14所示，Ranger3studio 中可以得到由所有profile 组成的高度图像（及reflectance 图像），这里相当于rangerE 摄像机的measurement 模式。
图8.14 由所有profile 组成的高度图像
（3）摄像机标定。摄像机标定是通过获取锯齿斜边80%的数据得到的。摄像机标定会用斜边的数据来拟合直线，然后得到两条斜线的交点，所以要注意斜面整体趋势一致。摄像机标定的步骤如下。
首先要制作标定工具，如图8.15所示，其加工要求如下：
①齿峰和齿谷为倒圆角，以便于加工；
②加工时应该保证斜面的平行度和倾斜度，以及齿的高度和齿之间的宽度；
④材料可以选择铝合金，表面需喷砂氧化处理。
图8.15 制作标定工具
在image 模式下采集锯齿的图像并保存，最好有5 ～6 个齿在视野内。标定齿条及激光成像图像采集如图8.16所示。
图8.16 标定齿条及激光成像图像采集
然后，打开EasyRanger Calibration 软件，按图8.17 进行操作。
图8.17 标定软件设置画面
（4）数据采集过程。
通过编制程序完成数据采集过程，可以采用如下四种不同的方案：
①EasyRanger 开发环境，由SICK 提供的编程环境独立完成开发工作；
②由SICK 提供库函数EasyRanger API，通过EasyRanger API 和Visual Studio 2015 完成开发工作；
③由SICK 提供库函数Ranger3 SDK，通过Ranger3 SDK 和Visual Studio 2015 完成开发工作；
④通过HDevelop 开发环境和Visual Studio 2015 完成开发工作，其中HDevelop 是机器视觉软件Halcon 提供的开发环境。
数据采集过程需要配合自动化系统以便实现被测目标的运动和摄像机的触发。EasyRanger 开发环境如图8.18所示。
图8.18 EasyRanger 开发环境
HDevelop 开发环境的参数设置步骤如下。首先，在HDevelop 软件中打开助手进入图像采集，并选择“自动检测接口”→“GenicamTL”；然后在“连接”选项卡中进入参数设置，如图8.19所示。
图8.19 HDevelop 开发环境的参数设置
（5）3D 数据采集结果如图8.20所示。
图8.20 3D 数据采集结果
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