创客关键词-5-3D扫描技术



3D(三维)扫描技术,是指集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描,以获得物体表面的空间坐标。


一、基本原理

3D扫描技术的原理就是,利用三维扫描仪直接得到物体的原始三维信息的计算机输入设备,侦测并分析现实世界中物体或环境的形状与外观数据,将搜集到的数据进行三维重建计算,创建出实际物体的数字模型,对已有样品或模型进行准确、高速的扫描,得到其三维点云数据,配合反求软件进行曲面重构,并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果,最终生成IGES或STL数据,据此就能进行CNC数控加工或快速成型。



二、3D扫描仪的类型

3D扫描仪分为接触式(contact)与非接触式(non-contact)两种,后者又可分为拍照式3D扫描仪(白光)与手持式3D扫描仪(激光),这些分类下又细分出众多不同的技术方法。

接触式扫描:接触式3D扫描仪透过实际触碰物体表面的方式计算深度,如坐标测量机(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接触式三维扫描仪。此方法相当精确,常被用于工程制造产业,然而因其在扫描过程中必须接触物体,待测物有遭到探针破坏损毁之可能,因此不适用于高价值物件如古文物、遗迹等的重建作业。此外,相较于其他方法接触式扫描需要较长的时间,现今最快的座标测量机每秒能完成数百次测量,而光学技术如雷射扫描仪运作频率则高达每秒一万至五百万次。

坐标测量机


非接触拍照式3D扫描:利用照相式原理,进行非接触式3D拍照式扫描,得到物体表面三维数据。而且适应了柔软、易变形物体的测量要求,扫描范围:扫描范围可调,适用不同大小产品,大景深:不但满足一般物体扫描,同时适合景深较大物体3D扫描点云噪声处理:噪音点自动修剪、剔除,对环境要求宽泛:正常环境光对该扫描系统没有多大影响,在正常办公环境光线下都能获得高质量的三维数据,软件高度智能化设计:全局误差精确配准控制模块,重合点云自动删除融合成光顺的单层点云。


白光拍照式扫描仪


手持激光扫描仪通过上述的三角形测距法建构出3D图形:通过手持式设备,对待测物发射出激光光点或线性激光光。 以两个或两个以上的侦测器(电耦组件 或 位置传感组件)测量待测物的表面到手持激光产品的距离,通常还需要借助特定参考点-通常是具黏性、可反射的贴片-用来当作扫描仪在空间中定位及校准使用。这些扫描仪获得的数据,会被导入电脑中,并由软件转换成3D模型。手持式激光扫描仪,通常还会综合被动式扫描(可见光)获得的数据(如待测物的结构、色彩分布),建构出更完整的待测物3D模型。


手持激光扫描仪



三、应用领域

随着信息和通信技术的发展,人们在生活和工作中接触到越来越多的图形图像。传统的拍照和扫描只能得到物品的二维信息。而在许多领域,如机器视觉、面形检测、实物仿形、自动加工、产品质量控制、生物医学等,得到物体的三维信息是必不可少的,这时候,就得运用三维扫描技术,三维扫描技术能在以下方面运用:

1. 逆向工程(RE)/快速成型(RP)

2. 扫描实物,建立CAD数据;或是扫描模型,建立用于检测部件表面的三维数据。

3. 对于不能使用三维CAD数据的部件,建立数据。

4. 竞争对手产品与自己产品的确认与比较,创建数据库。

5. 使用由RP创建的真实模型,建立和完善产品设计。

6. 有限元分析的数据捕捉。

7. 检测(CAT)/CAE

8. 生产线质量控制和产品元件的形状检测

例如:金属铸件和锻造、加工冲模和浇铸、塑料部件(压塑模、滚塑模、注塑模)、钢板冲压、木制品、复合及泡沫产品。

9. 文物的录入和电子展示

10. 牙齿及畸齿矫正

11. 整容及上颌面手术 三维扫描仪

当然,三维扫描仪的运用远远不止这些,随着科技的进步与发展,三维扫描技术肯定也是越来越成熟,越来越有更多领域的运用。




应用领域资料官方地址 http://blog.sina.com.cn/s/blog_bf79de250102uzql.html

3D扫描仪分类地址http://www.3dscanline.com/cn/news/Detail-020402-518.html#1

部分资料摘自《3D扫描仪机械结构设计与研究.中国高新技术企业.2016年31期》


作者:9组  李岩磊 刘海蓉

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