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