三維掃描

三維掃描

計算機的高新技術
三維掃描是指集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術,主要用于對物體空間外形和結構及色彩進行掃描,以獲得物體表面的空間坐标。它的重要意義在于能夠将實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字信号,為實物數字化提供了相當方便快捷的手段。三維掃描技術能實現非接觸測量,且具有速度快、精度高的優點。[1]
    中文名:三維掃描儀 外文名:3DTHINK 别名: 經營範圍:三維掃描、工業檢測、逆向工程 軟件系統:西博三維光學掃描系統

技術物點

三維掃描技術能實現非接觸測量,且具有速度快、精度高的優點。而且其測量結果能直接與多種軟件接口,這使它在CAD、CAM、CIMS等技術應用日益普及的今天很受歡迎。在發達國家的制造業中,三維掃描儀作為一種快速的立體測量設備,因其測量速度快、精度高,非接觸,使用方便等優點而得到越來越多的應用。用三維掃描儀對手闆,樣品、模型進行掃描,可以得到其立體尺寸數據,這些數據能直接與CAD/CAM軟件接口,在CAD系統中可以對數據進行調整、修補、再送到加工中心或快速成型設備上制造,可以極大的縮短産品制造周期。

三維掃描技術按照信息獲取方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩大類:

接觸式使用測頭直接觸碰物體表面,根據測量裝置的空間幾何結構得到測頭的坐标;如傳統的三坐标,精度高,但效率低。

非接觸式主要基于計算機視覺原理,從攝像機拍攝的圖像中獲取目标的三維信息。優勢是速度快,對于三坐标較為困難的曲面,非接觸式相對快許多。目前,随着消費者對産品外觀的需求,越來越多的人使用非接觸式的三維掃描儀,而非接觸式三維掃描儀分為三維激光掃描儀,與光學三維掃描儀。目前生産光學三維掃描儀的企業很多,為了客觀,能拿國家工信部正式認定的白光三維測量系統行業标準的第一起草單位先臨三維作為舉例。

光學三維掃描

優勢:對于一些複雜表面的物體,容易被損害的物體,光學三維掃描儀較為合适,如汽車整車,汽車零部件,航空件等等。

目前光學掃描儀有白光與藍光之分,白光較為主流,而藍光對于一些暗黑物體的掃描較有優勢。

三維掃描技術的發展

1.逐點測量

代表系統有:三坐标測量儀、點激光測量儀與關節臂掃描儀等,通過每一次的測量點反映物體表面特征,優點是精度高,但速度較慢,如果要做逆向工程,隻能在測量幾何外形較規則物體上有優勢。

比較适合做工件誤差檢測用。

2.逐線測量

代表系統有:三維台式激光掃描儀、三維單光栅掃描儀與關節臂+激光掃描頭等。通過一段(一般為幾公分,注:激光線過長會發散)有效的激光線(單光栅)照射物體表面,再通過傳感器得到物體表面數據信息。

比較适合掃描中小件物體,掃描景深小(一般隻有5公分),精度較低。

3.1立體線掃描

代表系統:手持式三維掃描儀等。通過多組光栅(點)的位移,再同時經過傳感器而采集到物體表面的三維數據信息,一次性對物體進行全方位掃描。特點:速度較快,但精度不足。

4.全自動三維掃描

顧明思議,就是自動進行三維掃描,相較于其他的掃描技術,無需過多的人工操作,設備會自動全面的獲取到被掃描物體的三維數據信息。

技術應用

三維掃描技術主要應用于以下幾個方面:

1.逆向工程實訓室教學。

2.逆向工程(RE)/快速成型(RP)。

3.掃描實物,建立CAD數據;或是掃描模型,建立用于檢測部件表面的三維數據。

4.對于不能使用三維CAD數據的部件,建立數據。

5.競争對手産品與自己産品的确認與比較,創建數據庫。

6.使用由RP創建的真實模型,建立和完善産品設計。

7.有限元分析的數據捕捉。

8.檢測(CAT)/CAE。

9.生産線質量控制和産品元件的形狀檢測。

例如:金屬鑄件和鍛造、加工沖模和澆鑄、塑料部件(壓塑模、滾塑模、注塑模)、鋼闆沖壓、木制品、複合及泡沫産品。

10.文物的錄入和電子展示。

11.牙齒及畸齒矯正。

12.整容及上颌面手術。

掃描設備的種類

拍照式

掃描範圍可達:單面可掃描400×300mm面積,測量景深一般為300-500mm。

精度最高可達:0.007mm

優點:掃描範圍大、速度快,精細度高,掃描的點雲雜點少,系統内置标志點自動拼接并自動删除重複數據,操作簡單,價格較低。

關節臂式

掃描範圍可達:3.7米。

精度最高可達:0.016mm。

優點:精度較高,測量範圍理論上可達到無限。

三坐标(固定式)

掃描範圍:為指定型号的工作台面。

掃描精度最高可達:0.9um

優點:精度較高,适合測量大尺寸物體,如整車框架。

缺點:掃描速度慢,需要花費較長時間

激光跟蹤式

掃描範圍可達:70米

掃描精度可達:0.003mm

優缺點:精度較高,測量範圍大,可對如建築物這類的大型物體,進行測量,價格較高。

激光掃描式

掃描範圍:比較低。

優點:掃描速度快,便攜,方便,适用于對精度要求不高的物體。

缺點:掃描精度較低。

結構光,激光,三坐标測量原理

結構光掃描儀原理

光學三維掃描系統是将光栅連續投射到物體表面,攝像頭同步采集圖像,然後對圖像進行計算,并利用相位穩步極線實現兩幅圖像上的三維空間坐标(X、Y、Z),從而實現對物體表面三維輪廓的測量。

激光掃描儀原理

由于掃描法系以時間為計算基準,故又稱為時間法。它是一種十分準确、快速且操作簡單的儀器,且可裝置于生産在線,形成邊生産邊檢驗的儀器。激光掃描儀的基本結構包含有激光光源及掃描器、受光感(檢)測器、控制單元等部分。激光光源為密閉式,較不易受環境的影響,且容易形成光束,目前常采用低功率的可見光激光,如氦氖激光、半導體激光等,而掃描器為旋轉多面棱規或雙面鏡,當光束射入掃描器後,即快速轉動使激光光反射成一個掃描光束。光束掃描全程中,若有工件即擋住光線,因此可以測知直徑大小。測量前,必須先用兩支已知尺寸的量規作校正,然後所有測量尺寸若介于此兩量規間,可以經電子信号處理後,即可得到待測尺寸。因此,又稱為激光測規。

三坐标原理

三坐标測量機是由三個互相垂直的運動軸X,Y,Z建立起的一個直角坐标系,測頭的一切運動都在這個坐标系中進行,測頭的運動軌迹由測球中心來表示。測量時,把被測零件凡放在工作台上,測頭與零件表面接觸,三坐标測量機的檢測系統可以随時給出測球中心點在坐标系中的精确位置。當測球沿着工件的幾何型面移動時,就可以精确地的計算出被測工件的幾何尺寸,現狀和位置公差等。

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