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3D激光扫描仪的实际应用和工作原理介绍
 2022年04月06日 |阅读次数:516
对于工业制造部门和其他相关行业的人来说,3D 激光扫描服务正在迅速成为 3D 激光扫描过程的许多方面的标准。从设计过程到产品的检验和分销,3D 扫描服务是必不可少的。

在您逐步学习如何使用 3D 打印机之前,您应该首先了解 3D 激光扫描过程的工作原理、它如何使您的公司受益、它的各种应用以及当今行业的趋势。


3D激光扫描仪


什么是 3D 激光扫描?

3D 激光扫描是一种利用激光测量物体几何形状以制作数字 3D 模型的技术。这项技术在许多行业和环境中都有使用,因为 3D 激光扫描可以捕获物体的 3D 数据,无论其表面特征或大小如何。

由于扫描是用激光完成的,因此无需物理接触物体即可精确记录物体的现有尺寸。通过这些扫描,您将能够使用 3D 成像软件生成模型。

什么是 3D 成像?

本质上,3D 成像是在 2D 图像中创建深度错觉的能力。程序处理 2D 图像中的数据,使其以 3D 格式显示。实际上,如果您需要以数字方式构建对象,3D 成像很有用,当您需要打印 3D 模型时它也很有用。

激光扫描生成的 3D 模型是通过使用激光点或线从各种视点捕获测量值来构建的。激光和计算机软件捕获的数千个数据点被组合成点云。这些点云包含的坐标都具有 x、y 和 z 值,其中 x 代表东距,y 代表北距,z 代表高程。这些点值中包含的详细信息和信息量使用户能够以数字方式构建准确的模型。

3D激光扫描仪的四大应用:

整个工业制造行业都使用 3D 激光扫描是有原因的。它在可以为公司提供大量价值的各种应用程序中非常有用。下面,您会发现公司使用 3D 激光扫描的一些重要的方式:

1. 3D建模、设计和打印

完成 3D 激光扫描后,您将有多种不同的方式使用数据。例如,3D 激光扫描常见的应用之一是将其转换为数字模型。通常,使用 Artec Studio 等 3D 软件将这些数字模型转换为 3D CAD 格式。在程序中,您可以查看模型并与之交互。

很多时候,公司使用从扫描产品或设施中获得的 3D 数据来帮助自己设计类似的产品或设施。此外,3D 激光扫描令人印象深刻的新应用之一是 3D 打印。借助 3D 打印,可以扫描并打印出各种尺寸的建筑物对象或模型。

2.逆向工程

如果您有不知道尺寸的物体,您可以使用 3D 激光扫描来获得准确的测量结果。然后,来自扫描的数据可以生成多种格式的对象或空间的 3D 模型。这种逆向工程功能意味着即使没有设计文档,公司也可以弄清楚如何重建对象。

3. 规划

3D 激光扫描在多个行业中有益的应用之一是能够更好地规划未来行动和原型。假设您有一个设施,并希望为其添加新机器或区域。您可以扫描当前设施以查找设施或机器的新部件可以适合当前结构的位置。同样的原则也适用于需要与公司其他产品兼容的产品。

4. 营销和教育应用

对于与客户合作并从事设计工作的公司,3D 激光扫描可以帮助营销团队以虚拟方式将他们的产品带给客户。在教育领域,3D 激光模型可用作指导工具,向人们展示如何正确构建或生产不同的物品。例如,建筑系学生可能会发现教师向他们展示建筑物如何通过扫描提供的数据保持其结构完整性很有价值。

尽管 3D 扫描有时仍然看起来很神奇,但它是通过多年来不断改进的高度先进技术实现的。3D 激光扫描仪是一种非接触式、非破坏性的数字技术,它通过使用一束激光来捕捉物理对象的形状。它创建一个点云,或坐标系中的一组数据点,表示三维对象的确切大小和形状。

3D 扫描仪测量物体的精细细节,捕捉自由形状并为具有复杂几何形状和轮廓表面的物体生成准确的点云。这使您可以快速捕获精确的数据并快速交付。

3D激光扫描仪的工作原理:3D 激光扫描过程

多年来,3D 激光扫描经历了一场革命,提供了更高的精度、更快的扫描速度和更好的结果。除了距离测量外,激光束的受控转向使该过程成为可能。机器中的内部旋转编码器通过调整几个扫描镜来引导激光束来控制扫描的运动。该过程分几个步骤进行:

1.扫描

3D 激光扫描过程的第,,一步是挑选您想要扫描的物体或设施。选择对象后,您需要对其进行扫描。对于较小的物体,您可以将它们放在数字化仪的底座上以开始扫描过程。对于较大的物体,例如建筑物,您需要使用可以带到现场的其他类型的便携式 3D 激光扫描仪。

3D 扫描有哪些不同类型?

要正确扫描物体,您需要了解当今市场上两种主要的 3D 扫描类型:飞行时间和三角测量。

- 三角测量

三角测量使用三角法来获得对象的准确尺寸。该方法涉及使用扫描仪和相机,相机位于三角形的顶部顶点,激光扫描仪位于相机下方的第-二个顶点。对象位于第三个顶点,等待扫描。

一旦扫描仪、相机和物体就位,扫描仪就会扫描物体。由于已知激光和相机之间的距离和角度,扫描仪可以计算到物体的距离,然后开始测量整个物体。

扫描仪通过发射激光线进行测量。这条线让它可以一次扫描和测量物体的横截面。激光向上移动物体的表面,直到它捕获其所有尺寸。然后将获得的数据输入计算机,然后您可以将其用于各种应用程序。通常,公司将这种类型的扫描用于短距离应用,对象通常更小。


3D激光扫描仪


- 飞行时间

与三角测量相比,飞行时间扫描可以发生在很远的距离,并且通常用于较大的扫描工作,例如建筑物或车辆。在实践中,这些扫描仪可以被认为是激光测距仪,因为它们确定到它们正在扫描的物体或表面的距离,以帮助它们进行测量。他们进行这些测量的方式是通过激光雷达系统。

激光雷达如何工作?简而言之,激光雷达通过发射激光来收集准确的数据,然后测量光到达表面并反弹回传感器所需的时间。由于光速是已知的常数,因此到达表面并反弹回来所需的时间会告诉 3D 扫描仪它们之间的距离。

一旦确定了距离,激光将开始扫描,一次测量一个点的距离。扫描仪会自动将激光移动到其视野中表面的每个点,这个过程非常快。大多数飞行时间扫描仪每秒可以测量数千个数据点。由于其中远程扫描能力,这种方法常用于环境或测量扫描。

2. 数据

这个过程产生的数据就是点云。在激光运动期间,计算机显示器上会出现数百万个点,从而捕获任何扫描对象的整个表面形状。使用 TX8 激光扫描仪等尖-端模型,该过程每秒可收集多达一百万个点。扫描仪将精度保持在精确值的 0.0005 英寸以内。

点云数据文件很大。在它们生成之后,它们被注册并合并到对象的 3D 表示中。然后,根据特定的应用程序使用各种软件包对它们进行后处理。

3. 数据使用

一旦收集了数据并在您使用的任何扫描软件中完全渲染了图像,您就可以通过软件的 3D 成像功能选择您想要创建的模型类型。有时您可能只想要一个数字模型,但如果您想看到产品的更具体的视觉表示,您也可以打印出模型。

如果您将获得的数据用于检查目的,您可以将设计师的 CAD 标称数据与您扫描的对象进行比较。从该比较中,您可以收到使用彩色地图的偏差报告。该报告将显示任何 CAD 数据和扫描数据之间的差异。

此外,这些数据可用于使用 CAD 模型进行逆向工程。对象的激光扫描将提供大量信息,然后您可以使用这些信息对对象进行逆向工程。在该软件中,可以插入来自对象的点云数据,以构建对象几何形状的 3D CAD 模型。

生成 CAD 模型后,很容易快速复制扫描对象的精确副本。逆向工程还允许公司纠正以前模型中的任何缺陷。通过对它们进行逆向工程,他们可以找到缺陷,然后在调整 CAD 模型中存在问题的部件时保持工作正常。

使用 3D 激光扫描的好处

3D 激光测绘和扫描带来了工业制造商和其他企业明智地利用的几个好处。为了让您了解 3D 激光扫描如何为您的公司提供帮助,请考虑以下好处:

质量控制。在确保正确生产产品方面,3D 激光扫描正迅速成为必需品。它通过能够为用户提供产品结构的快速更新来证明其价值。例如,一家公司可以利用从扫描中获得的数据,在产品向公众公开之前捕捉任何已犯的错误并纠正它们。
快速原型制作。3D 激光扫描的好处是能够减少所需的原型周期数。借助 3D 扫描数据,您将减少创建的原型,因为您将能够在投入生产之前立即进行测量。在生产之前,将使用正确的物理测量来构建对象,使其具有正确的比例和适当的功能。

优化工程和制造。通过 3D 扫描收集的数据可以应用于项目的工程部分。例如,3D 扫描数据将帮助您对创建或修改的产品进行 CAE、FEA 和 CFD 工程分析。

准确的文档。在各行各业,3D 激光扫描使公司能够精确记录他们提供的产品。通过 3D 激光扫描,公司可以快速对其提供的所有产品进行精确测量。

满足期限。虽然可能并不明显,但 3D 扫描服务可以帮助公司密切关注其工作进度。如果您是一家建筑公司,定期激光扫描将为您提供工地上已完成多少工作的详细分类,从而确保按时完成任务。同样的原理也适用于物体的制造,因为激光扫描可以密切关注正在生产的任何东西的进度。

影响 3D 激光扫描能力的技术趋势

目前,3D 激光扫描行业正在争论使用摄影测量或 3D 激光扫描来制作 3D 交互式模型的优点。一般来说,如果您需要快速覆盖大量空间,使用摄影测量,但对于那些想要更高精度的人来说,激光扫描仪是不从的选择。

使 3D 激光扫描速度更快的一个主要技术趋势是无人机的出现,它可以在难以到达的区域快速收集数据。这项新技术在速度方面缩小了摄影测量和 3D 激光扫描之间的一些差距。公司也开始使用无人机来消除 LiDAR 收集过程,这可以降低与 LiDAR 相关的一些成本。

随着逆向工程和零件检测继续成为工业制造的主要固定装置,3D 激光扫描提供的精度使其成为以前摄影测量方法的明确选择。其他新趋势包括更多的移动 LiDAR 扫描仪、更高的自动化和更快的流程、多模式扫描的增长以及更大的 AR/VR 集成。

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