對(duì)于工業(yè)制造部門和其他相關(guān)行業(yè)的人來(lái)說(shuō)，3D 激光掃描服務(wù)正在迅速成為 3D 激光掃描過(guò)程的許多方面的標(biāo)準(zhǔn)。從設(shè)計(jì)過(guò)程到產(chǎn)品的檢驗(yàn)和分銷，3D 掃描服務(wù)是必不可少的。

在您逐步學(xué)習(xí)如何使用 3D 打印機(jī)之前，您應(yīng)該首先了解 3D 激光掃描過(guò)程的工作原理、它如何使您的公司受益、它的各種應(yīng)用以及當(dāng)今行業(yè)的趨勢(shì)。

什么是 3D 激光掃描？

3D 激光掃描是一種利用激光測(cè)量物體幾何形狀以制作數(shù)字 3D 模型的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在許多行業(yè)和環(huán)境中都有使用，因?yàn)?3D 激光掃描可以捕獲物體的 3D 數(shù)據(jù)，無(wú)論其表面特征或大小如何。

由于掃描是用激光完成的，因此無(wú)需物理接觸物體即可精確記錄物體的現(xiàn)有尺寸。通過(guò)這些掃描，您將能夠使用 3D 成像軟件生成模型。

什么是 3D 成像？

本質(zhì)上，3D 成像是在 2D 圖像中創(chuàng)建深度錯(cuò)覺(jué)的能力。程序處理 2D 圖像中的數(shù)據(jù)，使其以 3D 格式顯示。實(shí)際上，如果您需要以數(shù)字方式構(gòu)建對(duì)象，3D 成像很有用，當(dāng)您需要打印 3D 模型時(shí)它也很有用。

激光掃描生成的 3D 模型是通過(guò)使用激光點(diǎn)或線從各種視點(diǎn)捕獲測(cè)量值來(lái)構(gòu)建的。激光和計(jì)算機(jī)軟件捕獲的數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)被組合成點(diǎn)云。這些點(diǎn)云包含的坐標(biāo)都具有 x、y 和 z 值，其中 x 代表東距，y 代表北距，z 代表高程。這些點(diǎn)值中包含的詳細(xì)信息和信息量使用戶能夠以數(shù)字方式構(gòu)建準(zhǔn)確的模型。

3D激光掃描儀的四大應(yīng)用：

整個(gè)工業(yè)制造行業(yè)都使用 3D 激光掃描是有原因的。它在可以為公司提供大量?jī)r(jià)值的各種應(yīng)用程序中非常有用。下面，您會(huì)發(fā)現(xiàn)公司使用 3D 激光掃描的一些重要的方式：

1. 3D建模、設(shè)計(jì)和打印

完成 3D 激光掃描后，您將有多種不同的方式使用數(shù)據(jù)。例如，3D 激光掃描常見(jiàn)的應(yīng)用之一是將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型。通常，使用 Artec Studio 等 3D 軟件將這些數(shù)字模型轉(zhuǎn)換為 3D CAD 格式。在程序中，您可以查看模型并與之交互。

很多時(shí)候，公司使用從掃描產(chǎn)品或設(shè)施中獲得的 3D 數(shù)據(jù)來(lái)幫助自己設(shè)計(jì)類似的產(chǎn)品或設(shè)施。此外，3D 激光掃描令人印象深刻的新應(yīng)用之一是 3D 打印。借助 3D 打印，可以掃描并打印出各種尺寸的建筑物對(duì)象或模型。

2.逆向工程

如果您有不知道尺寸的物體，您可以使用 3D 激光掃描來(lái)獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。然后，來(lái)自掃描的數(shù)據(jù)可以生成多種格式的對(duì)象或空間的 3D 模型。這種逆向工程功能意味著即使沒(méi)有設(shè)計(jì)文檔，公司也可以弄清楚如何重建對(duì)象。

3. 規(guī)劃

3D 激光掃描在多個(gè)行業(yè)中有益的應(yīng)用之一是能夠更好地規(guī)劃未來(lái)行動(dòng)和原型。假設(shè)您有一個(gè)設(shè)施，并希望為其添加新機(jī)器或區(qū)域。您可以掃描當(dāng)前設(shè)施以查找設(shè)施或機(jī)器的新部件可以適合當(dāng)前結(jié)構(gòu)的位置。同樣的原則也適用于需要與公司其他產(chǎn)品兼容的產(chǎn)品。

4. 營(yíng)銷和教育應(yīng)用

對(duì)于與客戶合作并從事設(shè)計(jì)工作的公司，3D 激光掃描可以幫助營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)以虛擬方式將他們的產(chǎn)品帶給客戶。在教育領(lǐng)域，3D 激光模型可用作指導(dǎo)工具，向人們展示如何正確構(gòu)建或生產(chǎn)不同的物品。例如，建筑系學(xué)生可能會(huì)發(fā)現(xiàn)教師向他們展示建筑物如何通過(guò)掃描提供的數(shù)據(jù)保持其結(jié)構(gòu)完整性很有價(jià)值。

盡管 3D 掃描有時(shí)仍然看起來(lái)很神奇，但它是通過(guò)多年來(lái)不斷改進(jìn)的高度先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。3D 激光掃描儀是一種非接觸式、非破壞性的數(shù)字技術(shù)，它通過(guò)使用一束激光來(lái)捕捉物理對(duì)象的形狀。它創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn)云，或坐標(biāo)系中的一組數(shù)據(jù)點(diǎn)，表示三維對(duì)象的確切大小和形狀。

3D 掃描儀測(cè)量物體的精細(xì)細(xì)節(jié)，捕捉自由形狀并為具有復(fù)雜幾何形狀和輪廓表面的物體生成準(zhǔn)確的點(diǎn)云。這使您可以快速捕獲精確的數(shù)據(jù)并快速交付。

3D激光掃描儀的工作原理：3D 激光掃描過(guò)程

多年來(lái)，3D 激光掃描經(jīng)歷了一場(chǎng)革命，提供了更高的精度、更快的掃描速度和更好的結(jié)果。除了距離測(cè)量外，激光束的受控轉(zhuǎn)向使該過(guò)程成為可能。機(jī)器中的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)調(diào)整幾個(gè)掃描鏡來(lái)引導(dǎo)激光束來(lái)控制掃描的運(yùn)動(dòng)。該過(guò)程分幾個(gè)步驟進(jìn)行：

1.掃描

3D 激光掃描過(guò)程的第，，一步是挑選您想要掃描的物體或設(shè)施。選擇對(duì)象后，您需要對(duì)其進(jìn)行掃描。對(duì)于較小的物體，您可以將它們放在數(shù)字化儀的底座上以開(kāi)始掃描過(guò)程。對(duì)于較大的物體，例如建筑物，您需要使用可以帶到現(xiàn)場(chǎng)的其他類型的便攜式 3D 激光掃描儀。

3D 掃描有哪些不同類型？

要正確掃描物體，您需要了解當(dāng)今市場(chǎng)上兩種主要的 3D 掃描類型：飛行時(shí)間和三角測(cè)量。

- 三角測(cè)量

三角測(cè)量使用三角法來(lái)獲得對(duì)象的準(zhǔn)確尺寸。該方法涉及使用掃描儀和相機(jī)，相機(jī)位于三角形的頂部頂點(diǎn)，激光掃描儀位于相機(jī)下方的第-二個(gè)頂點(diǎn)。對(duì)象位于第三個(gè)頂點(diǎn)，等待掃描。

一旦掃描儀、相機(jī)和物體就位，掃描儀就會(huì)掃描物體。由于已知激光和相機(jī)之間的距離和角度，掃描儀可以計(jì)算到物體的距離，然后開(kāi)始測(cè)量整個(gè)物體。

掃描儀通過(guò)發(fā)射激光線進(jìn)行測(cè)量。這條線讓它可以一次掃描和測(cè)量物體的橫截面。激光向上移動(dòng)物體的表面，直到它捕獲其所有尺寸。然后將獲得的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，然后您可以將其用于各種應(yīng)用程序。通常，公司將這種類型的掃描用于短距離應(yīng)用，對(duì)象通常更小。

- 飛行時(shí)間

與三角測(cè)量相比，飛行時(shí)間掃描可以發(fā)生在很遠(yuǎn)的距離，并且通常用于較大的掃描工作，例如建筑物或車輛。在實(shí)踐中，這些掃描儀可以被認(rèn)為是激光測(cè)距儀，因?yàn)樗鼈兇_定到它們正在掃描的物體或表面的距離，以幫助它們進(jìn)行測(cè)量。他們進(jìn)行這些測(cè)量的方式是通過(guò)激光雷達(dá)系統(tǒng)。

激光雷達(dá)如何工作？簡(jiǎn)而言之，激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射激光來(lái)收集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，然后測(cè)量光到達(dá)表面并反彈回傳感器所需的時(shí)間。由于光速是已知的常數(shù)，因此到達(dá)表面并反彈回來(lái)所需的時(shí)間會(huì)告訴 3D 掃描儀它們之間的距離。

一旦確定了距離，激光將開(kāi)始掃描，一次測(cè)量一個(gè)點(diǎn)的距離。掃描儀會(huì)自動(dòng)將激光移動(dòng)到其視野中表面的每個(gè)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程非常快。大多數(shù)飛行時(shí)間掃描儀每秒可以測(cè)量數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。由于其中遠(yuǎn)程掃描能力，這種方法常用于環(huán)境或測(cè)量掃描。

2. 數(shù)據(jù)

這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就是點(diǎn)云。在激光運(yùn)動(dòng)期間，計(jì)算機(jī)顯示器上會(huì)出現(xiàn)數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，從而捕獲任何掃描對(duì)象的整個(gè)表面形狀。使用 TX8 激光掃描儀等尖-端模型，該過(guò)程每秒可收集多達(dá)一百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。掃描儀將精度保持在精確值的 0.0005 英寸以內(nèi)。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件很大。在它們生成之后，它們被注冊(cè)并合并到對(duì)象的 3D 表示中。然后，根據(jù)特定的應(yīng)用程序使用各種軟件包對(duì)它們進(jìn)行后處理。

3. 數(shù)據(jù)使用

一旦收集了數(shù)據(jù)并在您使用的任何掃描軟件中完全渲染了圖像，您就可以通過(guò)軟件的 3D 成像功能選擇您想要?jiǎng)?chuàng)建的模型類型。有時(shí)您可能只想要一個(gè)數(shù)字模型，但如果您想看到產(chǎn)品的更具體的視覺(jué)表示，您也可以打印出模型。

如果您將獲得的數(shù)據(jù)用于檢查目的，您可以將設(shè)計(jì)師的 CAD 標(biāo)稱數(shù)據(jù)與您掃描的對(duì)象進(jìn)行比較。從該比較中，您可以收到使用彩色地圖的偏差報(bào)告。該報(bào)告將顯示任何 CAD 數(shù)據(jù)和掃描數(shù)據(jù)之間的差異。

此外，這些數(shù)據(jù)可用于使用 CAD 模型進(jìn)行逆向工程。對(duì)象的激光掃描將提供大量信息，然后您可以使用這些信息對(duì)對(duì)象進(jìn)行逆向工程。在該軟件中，可以插入來(lái)自對(duì)象的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以構(gòu)建對(duì)象幾何形狀的 3D CAD 模型。

生成 CAD 模型后，很容易快速?gòu)?fù)制掃描對(duì)象的精確副本。逆向工程還允許公司糾正以前模型中的任何缺陷。通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行逆向工程，他們可以找到缺陷，然后在調(diào)整 CAD 模型中存在問(wèn)題的部件時(shí)保持工作正常。

使用 3D 激光掃描的好處

3D 激光測(cè)繪和掃描帶來(lái)了工業(yè)制造商和其他企業(yè)明智地利用的幾個(gè)好處。為了讓您了解 3D 激光掃描如何為您的公司提供幫助，請(qǐng)考慮以下好處：

質(zhì)量控制。在確保正確生產(chǎn)產(chǎn)品方面，3D 激光掃描正迅速成為必需品。它通過(guò)能夠?yàn)橛脩籼峁┊a(chǎn)品結(jié)構(gòu)的快速更新來(lái)證明其價(jià)值。例如，一家公司可以利用從掃描中獲得的數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品向公眾公開(kāi)之前捕捉任何已犯的錯(cuò)誤并糾正它們。
快速原型制作。3D 激光掃描的好處是能夠減少所需的原型周期數(shù)。借助 3D 掃描數(shù)據(jù)，您將減少創(chuàng)建的原型，因?yàn)槟鷮⒛軌蛟谕度肷a(chǎn)之前立即進(jìn)行測(cè)量。在生產(chǎn)之前，將使用正確的物理測(cè)量來(lái)構(gòu)建對(duì)象，使其具有正確的比例和適當(dāng)?shù)墓δ堋?br/>
優(yōu)化工程和制造。通過(guò) 3D 掃描收集的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于項(xiàng)目的工程部分。例如，3D 掃描數(shù)據(jù)將幫助您對(duì)創(chuàng)建或修改的產(chǎn)品進(jìn)行 CAE、FEA 和 CFD 工程分析。

準(zhǔn)確的文檔。在各行各業(yè)，3D 激光掃描使公司能夠精確記錄他們提供的產(chǎn)品。通過(guò) 3D 激光掃描，公司可以快速對(duì)其提供的所有產(chǎn)品進(jìn)行精確測(cè)量。

滿足期限。雖然可能并不明顯，但 3D 掃描服務(wù)可以幫助公司密切關(guān)注其工作進(jìn)度。如果您是一家建筑公司，定期激光掃描將為您提供工地上已完成多少工作的詳細(xì)分類，從而確保按時(shí)完成任務(wù)。同樣的原理也適用于物體的制造，因?yàn)榧す鈷呙杩梢悦芮嘘P(guān)注正在生產(chǎn)的任何東西的進(jìn)度。

影響 3D 激光掃描能力的技術(shù)趨勢(shì)

目前，3D 激光掃描行業(yè)正在爭(zhēng)論使用攝影測(cè)量或 3D 激光掃描來(lái)制作 3D 交互式模型的優(yōu)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，如果您需要快速覆蓋大量空間，使用攝影測(cè)量，但對(duì)于那些想要更高精度的人來(lái)說(shuō)，激光掃描儀是不從的選擇。

使 3D 激光掃描速度更快的一個(gè)主要技術(shù)趨勢(shì)是無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，它可以在難以到達(dá)的區(qū)域快速收集數(shù)據(jù)。這項(xiàng)新技術(shù)在速度方面縮小了攝影測(cè)量和 3D 激光掃描之間的一些差距。公司也開(kāi)始使用無(wú)人機(jī)來(lái)消除 LiDAR 收集過(guò)程，這可以降低與 LiDAR 相關(guān)的一些成本。

隨著逆向工程和零件檢測(cè)繼續(xù)成為工業(yè)制造的主要固定裝置，3D 激光掃描提供的精度使其成為以前攝影測(cè)量方法的明確選擇。其他新趨勢(shì)包括更多的移動(dòng) LiDAR 掃描儀、更高的自動(dòng)化和更快的流程、多模式掃描的增長(zhǎng)以及更大的 AR/VR 集成。

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