三维扫描技术在专业领域的优秀表现！（二）

竹林踏雨

立 体 测 量 装 置
' F+ A, D! t% Q+ \, Z— — 革 命 性 的 进 步 ; f& k5 [: M% C$ H& o) U+ e' c

! M7 C5 k( ?: B' D9 |) d----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 实 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、 面 形 的 三 维 测 量， 能 实 现 无 接 触 测 量， 且 具 有 速 度 快、 精 度 高 的 优 点。 这 些 特 性 决 定 了 它 作 为 一 种 测 量 仪 器 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， 这 使 它 在CAD、CAM、 CIMS 技 术 应 用 日 益 普 及 的 今 天 很 受 欢 迎。 $ f) l8 C% x, p( o$ N* U5 Q
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----1 ． 工 业 生 产 + |/ Z# M" b+ T" Q

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# l/ X$ T: `! X  v1 D7 R# e----测 量 零 件、 产 品 的 尺 寸 是 工 业 生 产 中 必 不 可 少 的 工 作。 除 了 常 见 的 长 度、 直 径 等 测 量 外， 在 很 多 场 合 中， 需 要 对 不 规 则 物 体 的 外 形 或 若 干 点 进 行 高 精 度 三 维 测 量。 这 一 工 作 过 去 主 要 依 靠 三 坐 标 测 量 机（CMM）， 它 精 度 虽 高， 但 价 格 昂 贵， 且 操 作 复 杂， 特 别 当 物 体 形 状 复 杂 时， 测 量 速 度 很 慢， 更 不 用 说 实 现 在 线 检 测 了。 现 代 三 维 扫 描 技 术 提 供 了 一 种 快 速 的 三 维 测 量 手 段， 能 迅 速 测 量 物 体 表 面 每 个 点 的 三 维 坐 标， 获 得 物 体 的 立 体 尺 寸。 特 别 是 它 能 实 现 快 速 的 三 维 在 线 测 量， 这 是 过 去 的 手 工 测 量 和CMM 所 无 法 做 到 的。
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8 ^: R4 P# v2 s1 I----美 国80 年 代 就 将 基 于 结 构 光 技 术 的 三 维 扫 描 设 备 用 于 流 水 线 上 的 零 件 检 测。 零 件 在 流 水 线 上 移 动， 三 维 扫 描 仪 实 时 地 测 得 零 件 的 三 维 尺 寸， 然 后 输 入 计 算 机 与 标 准 数 据 对 比， 其 精 度 可 达 到0.02mm。 进 入90 年 代 后， 欧 美 的 许 多 大 汽 车 公 司、 机 械 加 工 生 产 和 装 配 厂 都 装 备 了 三 维 扫 描 仪， 用 于 产 品 外 形 和 零 件 的 测 量。 例 如 宝 马、 戴 姆 勒 － 奔 驰 宇 航 公 司、 福 特、 雷 诺、 日 本 宇 航 研 究 所、 三 菱 汽 车、 大 众 等 就 使 用 了Steinbichler 公 司 的 三 维 扫 描 仪， 日 本 的 电 子 公 司 则 将 小 型 的 三 维 扫 描 仪 用 于 集 成 电 路 板 的 测 量，IBM、 美 国 国 家 宇 航 局 将 三 维 扫 描 技 术 用 于 仿 真 实 验 等 研 究。 在 发 达 国 家 的 制 造 业 中， 三 维 扫 描 仪 作 为 一 种 快 速 的 立 体 测 量 设 备， 因 其 测 量 速 度 快、 精 度 高、 无 接 触、 使 用 方 便 等 优 点 而 得 到 越 来 越 多 的 应 用， 大 有 取 代 三 坐 标 测 量 机 之 势， 甚 至 在 制 鞋 业 这 种“ 老” 行 业 中， 美 国 人 也 引 入 了 三 维 扫 描 仪 用 于 鞋 楦 的 三 维 测 量。 ) L) e8 K8 D& {% y
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----2 ． 仿 制
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----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， 很 快 就 能 得 到 一 模 一 样 的 产 品。
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# `- o/ u. C8 r( ?3 Z. v----3 ． 快 速 制 造 系 统
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5 w7 g4 _4 e" I9 J$ L----快 速 制 造 系 统 是 目 前 国 际 上 机 械 行 业 的 研 究 热 点 之 一， 其 中 一 个 重 要 环 节 就 是 所 谓 的 反 求 工 程（Reverse Engineering）， 即 从 实 物 到 数 字 模 型， 而 这 正 是 三 维 扫 描 技 术 研 究 的 内 容。CGI 公 司 的 三 维 扫 描 设 备 甚 至 能 获 得 物 体 内 腔 的 结 构。 将 三 维 扫 描 设 备 与 快 速 成 型 机 相 结 合， 可 以 构 成 快 速 制 造 系 统。
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! D3 Z/ k1 i3 Y  j# A! [/ \----4 ． 产 品 设 计 ' w( U( V' O9 G) k

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) [: i, H5 y# c- F8 s. {( k# i----在 机 械 和 玩 具 的 设 计 中， 并 不 是 所 有 的 产 品 都 能 由CAD 设 计 出 来， 尤 其 是 带 非 标 准 曲 面 的 产 品。 在 某 些 情 况 下 常 采 用“ 直 觉 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。 用 三 维 扫 描 仪 对 这 些 样 品、 模 型 进 行 扫 描， 可 以 得 到 其 立 体 尺 寸 数 据， 这 些 数 据 能 直 接 与 各 种CAD/CAM 软 件 接 口， 在CAD 系 统 中 可 以 对 数 据 进 行 调 整、 修 补， 再 送 至 数 控 加 工 或 快 速 成 型 设 备 制 造。 5 r3 {, h, W5 h2 ?! ~

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& `" a- K, S- R4 \* o* q- [* @----5 ． 某 些 特 殊 场 合
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----在 某 些 特 殊 场 合 中， 三 维 扫 描 仪 还 具 有 独 特 的、 不 可 替 代 的 作 用。 如 测 量 特 别 柔 软 的 物 体， 用 传 统 的 接 触 测 量 方 法， 很 可 能 在 接 触 时 使 物 体 变 形， 而 许 多 类 型 的 非 接 触 式 三 维 扫 描 仪 以 激 光 作 为 测 量 媒 介， 不 会 引 起 物 体 表 面 的 变 形 和 损 伤。
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----6 ． 服 装 制 作
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' h9 G4 Z  a  o. x0 [2 j----传 统 的 服 装 制 作 都 是 按 照 标 准 尺 寸 批 量 生 产 的。 随 着 生 活 水 平 的 提 高， 人 们 开 始 越 来 越 多 地 追 求 个 性 化 服 装 设 计， 量 体 裁 衣。 三 维 扫 描 仪 可 以 快 速 地 测 得 人 身 体 的 所 有 尺 寸， 获 得 其 立 体 彩 色 模 型， 把 这 些 数 据 与 服 装CAD 技 术 结 合， 可 以 在 计 算 机 中 的 数 字 化 人 体 模 型 上， 按 每 个 人 的 具 体 尺 寸 进 行 服 装 设 计， 设 计 出 最 合 适 的 服 装， 并 可 以 直 接 在 计 算 机 上 观 看 最 终 的 着 装 效 果。 整 个 过 程 速 度 快、 效 果 好。 这 方 面 最 早 的 运 用 是 在 军 用 服 装 上， 美 国Armstrong 实 验 室 将Cyberware 的 三 维 扫 描 仪 用 于 为 高 级 战 斗 机 飞 行 员 设 计 服 装。
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----由 于 三 维 扫 描 技 术 能 快 速 测 量 人 体 的 各 个 部 分， 包 括 牙 齿、 面 颌 部、 肢 体 等 的 尺 寸， 因 此， 对 美 容、 矫 形、 修 复、 口 腔 医 学、 假 肢 制 作 都 非 常 有 用。 在 发 达 国 家 中， 美 容、 整 形 外 科、 假 肢 制 造、 人 类 学、 人 体 工 程 学 研 究 等 工 作 都 开 始 应 用 三 维 扫 描 仪。 在 考 古、 刑 侦 等 工 作 中， 有 时 需 要 根 据 人 或 动 物 的 骨 骼 来 恢 复 其 生 前 的 形 象， 在 这 一 工 作 中 已 大 量 引 入 计 算 机 辅 助 完 成， 首 先 需 要 三 维 扫 描 仪 将 骨 骼 的 坐 标 数 据 输 入 计 算 机， 作 为 恢 复 工 作 的 基 础 数 据。 另 外， 对 于 足 印 等 痕 迹、 特 征 的 快 速 测 量 和 鉴 别， 三 维 扫 描 仪 也 是 有 力 的 辅 助 工 具。
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三 维 扫 描 技 术 " c4 o6 {& z% f" {
— — 性 能 卓 越 前 景 广 阔
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& q0 b6 H7 X0 C' M- Q+ a----目 前， 在 欧 美 日 等 发 达 国 家 中， 三 维 扫 描 技 术 已 在 制 造、 动 画 特 技 制 作、 游 戏 娱 乐、 医 学 等 行 业 崭 露 头 角， 显 示 了 巨 大 的 技 术 先 进 性 和 强 大 的 生 命 力， 其 应 用 可 谓 方 兴 未 艾， 而 制 造 商 也 在 不 断 开 发 出 性 能 更 好 的 产 品， 到90 年 代 中 期 已 形 成 了 颇 具 规 模 的 产 业。
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. F9 B# K! X' t# ^  a----使 用 者 和 制 造 者 都 对 这 一 技 术 表 现 出 巨 大 的 热 情。 究 其 原 因， 首 先 是 因 为 它 能 实 现 传 统 技 术 所 难 以 实 现 的 某 些 功 能， 在 某 些 技 术 领 域 具 有 不 可 替 代 性， 如 复 杂 面 形 的 快 速 三 维 彩 色 数 字 化、 柔 软 物 体 的 测 量 等。 ( G% S* t% P) M: Z: Q# i
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----其 次， 在 一 些 传 统 技 术 能 完 成 的 工 作 上， 它 体 现 了“ 奥 林 匹 克 精 神” — — 更 高、 更 快、 更 强， 即 精 度 更 高、 速 度 更 快、 性 能 更 强， 可 以 极 大 地 降 低 成 本， 节 约 时 间， 而 且 使 用 非 常 方 便。 例 如 英 国 的Reversa 扫 描 头 测 量 精 度 可 达10 μm， 在 高 精 度 扫 描 时 测 量 速 度 可 达1.5 万 点/ 秒。 扫 描 系 统 的 数 据 输 出 格 式 直 接 可 以 与 各 种CAD、 三 维 动 画 软 件 接 口， 这 些 优 点 使 其 受 到 广 泛 的 欢 迎。 ) D; Q& d/ t  D" t

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----其 三， 则 是 由 于“ 生 逢 其 时”。 在 这 个 数 字 化 的 时 代， 从 古 老 的 机 械 行 业 到 新 兴 的 计 算 机 三 维 动 画 制 作 业， 许 多 领 域 都 出 现 了 对“ 实 物 数 字 化” 技 术 的 强 烈 需 求， 而 与 之 相 配 套 的 应 用 技 术 也 发 展 到 相 当 的 水 平， 为 其 应 用 创 造 了 较 好 的 条 件。
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----三 维 扫 描 技 术 在 这 样 的 环 境 下 应 运 而 生， 必 然 具 有 广 阔 的 前 景。 可 以 预 计， 在 中 国， 对 三 维 扫 描 技 术 的 需 求 高 潮 将 在 两 三 年 内 到 来。