手持式三维扫描仪调研报告

手持式三维扫描仪调研报告一、三维扫描仪特点三维扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，通过测量空间物体表面点的三维坐标值，得到物体表面的点云信息，并转化为计算机可以直接处理的三维模型，又称为“实景复制技术”三维扫描仪分为接触式扫描仪和非接触式扫描仪，手持式三维扫描仪属于非接触式扫描仪，非接触式扫描仪又分为拍照式扫描仪（光栅三维扫描仪）和激光三维扫描仪。三维照相式扫描仪，光源主要是白光，对工作环境有一定要求，不适合我公司测绘情况。本文主要介绍手持式激光三维扫描仪。手持式激光三维扫描仪主要有以下特点：（1）非接触测量，主动扫描光源；（2）数据采样率高；（3）高分辨率、高精度；（4）数字化采集、兼容性好；（5）可与外置数码相机、GPS系统配合使用，极大地扩展了三维激光扫描技术的使用范围。二、三维扫描仪应用领域三维扫描技术能够测得物体表面点的三维空间坐标，从这个意义上说，它本质上属于一种立体测量技术。与传统技术相比，它能完成复杂形体的点、型面的三维测量，实现无接触测量，具有速度快、精度高的优点。这些特性决定了它在许多领域可以发挥重要作用，而且其测量结果能直接与多种软件接口，如今己广泛应用在各个领域。具体在工业制造行业，有以下几个主要应用：1、产品设计三维激光扫描技术可用于各个行业的产品设计当中，包括飞机制造业、航空航天、汽车、模具制造、铸造行业、玩具制造业、制鞋业等；特别是在汽车、飞机、玩具等领域，并非所有的产品都能由CAD设计出来，尤其是具有非标准曲面的产品，在某些情况下常采用“直觉设计（逆向设计）”，设计师直接用胶泥、石膏等做出手工模型，或者需要按工艺品的样品加工，该模型和样品一般具有复杂曲面特征。采用三维扫描仪，可对这些样品、模型进行扫描，得到其立体尺寸数据，并直接与各种CAD/CAM软件接口，完成建模、修改、优化和快速制造。同时，由于三维激光扫描仪采用非接触式技术，对易碎、易变性物体，也能实现好的测量，有利于产品的优化设计。2、工业仿制&工业设备零配件开发仿制是工业加工中的一项重要任务，测量其尺寸是仿制的第一步。三维扫描仪能快速测得零件表面每个点的坐标，将数据送入CAD系统和数控加工设备，对三维模型进行优化和制造，从而实现快速仿制的目的。设计农业、建筑或采矿设备零配件之前，设计者必须提取零部件的尺寸。为保证良好的配合度和性能，尺寸必须准确且尽可能完整。实际上，设计师需要留意所有装配特征、原厂零件的尺寸及零件和新设计之间可能存在的不匹配。3D扫描将提供所有零件和其相对位置的密集3D测量，大大有助于设计师在开发新设计时保证正确的装配特征和尺寸。还可以在设计中集成多种设备的多次扫描结果，以便开发出适用于多种型号的零件或配件。进行零配件测绘时，可能需要在任何环境下采集任意形状和复杂度的零件的尺寸。由于手持式三维扫描仪的便携性，可以直接在设计工作室进行采集，也可以在客户场地进行采集，如生产车间，甚至直接在现场和极不稳定的平面上。与传统测量方法相比，使用手持式激光扫描仪测绘可帮助节约大量的时间。快速测量设计过程所需的尺寸，并随时可供设计人员使用。三、手持式三维激光扫描仪主要厂家及设备三维激光式扫描仪拥有很广泛的市场应用，具有光明的市场前景，因此国际、国内也有很多厂家致力于开发相关设备，抢占市场先机。本文选择了目前国内外中具有一定市场影响力的厂家，具体如下：图1.型创公司产品（左为Go！Scan3D，右为HandyScan3D）型创（Creaform）公司成立于2002年，是加拿大一家从事便携式3D测量和分析技术设备的3D扫描成像的科技公司。型创研发、制造和销售3D便携式测量产品，并专业于3D工程服务。公司提供涵盖了整个3D应用的创新方案，包括三维扫描，逆向工程，质量控制，无损检测，产品研发及数字仿真。型创公司属于手持式激光三维扫描仪的先驱，公司主营业务就是便携手持式激光三维扫描仪，公司产品主要有Go！Scan3D和HandyScan3D两种手持式激光扫描仪，目前该公司在手持式三维激光扫描仪技术与产品均在行业内处于领先地位。图2.ZCorporation公司产品Zscanner700&800ZCorporation是世界上速度最快三维成型机的开发商、制造商和营销商。ZCorporation致力于制造物美价廉的多功能产品，包括全球快速且高分辨率3D打印机（可通过数字数据制作彩色3D物理原型的设备）以及独特的便携式3D扫描仪（实时数字化3D表面的手持式设备）。ZCorporation的技术适用于制造业、建筑、土木工程、逆向工程、地理信息系统（GIS）、医疗及娱乐等行业的众多应用。2009年，ZCorporation宣布推出便携式3D激光扫描仪ZScanner600，上市时售价约为64万元。ZScanner600拥有众多优点，包括仅有0.1毫米的分辨率以及高达80微米的XY轴精度；由于ZScanner600在扫描时可自行定位并以部件为参考坐标，因此，用户可在扫描过程中可随意移动目标对象而不影响扫描。图3.国产先临三维公司产品FreeScanX3杭州先临三维公司成立于2004年，先专注于三维数字化与3D打印技术，将两项技术进行融合创新，提供专业三维数字技术综合解决方案，应用于工业制造、生物医疗、文化创意三大领域,帮助这些行业的客户降低产品开发制造成本，缩短产品交付周期，并有效提高产品和服务品质。公司是国内3D打印与三维数字化技术一体化应用的领军企业，中国3D打印技术产业联盟副理事长单位，浙江省3D打印产业联盟理事长秘书长单位，光学三维测量系统（三维扫描仪）的行业标准第一起草单位。FreeScanX3是杭州先临三维公司新一代手持式三维激光扫描仪，作为国内三维打印设备、扫描设备的先驱，FreeScanX3代表了国内最先进的三维扫描技术。技术参数产品名称Go！Scan3D50HandyScan3D300ZScanner800FreeScanX3扫描速率550000次测量/秒205000次测量/秒25000次测量/秒240000次测量/秒扫描区域380×380mm225×250mm\230×250mm尺寸精度0.1mm0.04mm0.04mm0.03mm体积精度0.300mm/m0.020+0.100mm/m0.020+0.100mm/m0.020+0.100mm/m被测部件尺寸范围0.3-3.0m0.1-4.0m\0.1-6m产品售价￥300000￥550000￥600000￥100000输出兼容软件3DSystems(Geomagic®Solutions)、InnovMetricSoftware(PolyWorks)、DassaultSystèmes（CATIAV5和SolidWorks）、PTC(Pro/ENGINEER)、Siemens（NX和SolidEdge）、Autodesk（Inventor、Alias、3dsMax、Maya、Softimage）表1：各厂家手持三维激光扫描仪技术规格对比表从上表可以看出，三维激光扫描仪各厂家技术规格大同小异，目前世界上手持三维激光扫描仪扫描速率一般都超过10W次测量/秒，只有表中的ZScanner800扫描速率为25000次测量/秒，ZScanner800为ZCorporation公司于2009年开发的激光扫描仪，后续该公司逐渐将业务重点放到3D打印与虚拟现实（VR）技术中，未再继续开发新一代激光扫描仪，所以目前来看ZScanner800性价比不高，不予考虑。FreeScanX3是国内技术较成熟的三维激光扫描仪产品，从技术规格上看，其参数也不亚于国外设备，但其产品应用较少，设备使用情况未知，国产产品最大优势是价格产品低廉，售后服务迅捷。Go！Scan3D与HandyScan3D是型创(Creaform)公司的旗舰产品，其中Go！Scan3D是目前世界上扫描速率最快的手持式三维激光扫描仪，型创公司对此扫描仪的定位是扫描迅速但不失精度，属于该公司的入门专业级激光扫描设备。从设备的精度来讲，0.1mm完全符合煤机设备的测绘精度需求，测量尺寸范围0.3-3m对煤机设备来说也足够使用，Go！Scan3D的扫描光源为LED白光，对环境要求较高。HandyScan3D是型创公司的专业计量级设备，在扫描精度与范围上均比Go！Scan3D提高不少，HandyScan3D的扫描光源为激光射线。若还需用该设备进行无损检测等其他功能，HandyScan3D会发挥很大优势。型创公司是目前世界上手持三维激光扫描仪技术最先进的公司，其产品技术成熟，同时使用方便，兼容性强，目前国内很多汽车厂商在进行产品逆向设计时均用该公司产品。在零件的制造过程中，由于许多零件的外形怪异、尺寸复杂，无法用传统的方法进行测量，导致测绘图纸困难重重。神东设备维修中心一厂修复车间三坐标测量人员通过3D扫描仪逆向绘出各零部件的图纸，解决了许多零部件制造难题。综上所述，手持式三维激光扫描仪有以下优势:(1)扫描速率快、精度高，有效减少测绘时间；(2)非常适合扫描曲面铸件、锻件，降低测绘难度；(3)直接三维模型输出，适应现在设计模式；现在使用三维设计软件SiemensNXUG进行产品设计越来越普遍，三维激光扫描仪输出的图形结果可直接导入UG使用，直接对测绘件进行逆向设计，有效减少测绘过程中的校对时间，提高设计准确性。若使用三维激光扫描仪，会大大提高测绘效率；实现复杂零部件进行高效、精确的数字化建模，提高公司在产品零部件研究方面的能力；为公司在煤机装备领域的研究提升有力支撑。