三维扫描仪的总体方案和机构设计研究(3)

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三维光学扫描仪按照其原理分为2类，一种是“照相式”，一种是“激光式”，两者都是非接触式，也就是说，在扫描的时候，这两种设备均不需要与被测物体接触。“激光式”扫描仪属于较早的产品，由扫描仪发出一束激光光带，光带照射到被测物体上并在被测物体上移动时，就可以采集出物体的实际形状。“激光式”扫描仪一般要配备关节臂。

“照相式”扫描仪是针对工业产品涉及领域的新一代扫描仪，与传统的激光扫描仪和三座标测量系统比较，其测量速度提高了数十倍。由于有效的控制了整合误差，整体测量精度也大大提高。其采用可见光将特定的光栅条纹投影到测量工作表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短时间内获得复杂工作表面的完整点云。其独特的流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术使扫描不需要借助于机床的驱动，扫描范围可达12M，而扫描大型工件则变得高效、轻松和容易。其高质量的完美扫描点云可用于汽车制造业中的产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制，甚至可实现直接加工。非接触光学三维扫描仪，其结构主要由光栅投影设备及两个工业级的CCD Camera所构成，由光栅投影在待测物上，并加以粗细变化及位移，配合CCD Camera将所撷取的数字影像透过计算机运算处理，即可得知待测物的实际3D外型[2]。

照相式三维扫描仪采用非接触白光技术, 避免对物体表面的接触,可以测量各种材料的模型,测量过程中被测物体可以任意翻转和移动,对物件进行多个视角的测量,系统进行全自动拼接, 轻松实现物体360高精度测量。并且能够在获取表面三维数据的同时,迅速的获取纹理信息,得到逼真的物体外形,能快速的应用于模具制造行业的扫描。

1.2 三维扫描仪的立项和意义

1.2.1 研究背景

三维扫描技术是在信息获取技术和信息处理技术中发展出来的一门新兴的学科。三维激光扫描技术的出现是计算机输入技术和立体测量技术的一次革命。数字化快速发展的时代，人们可以利用计算机建造现实世界中不存在的实体，但是却不能重构现实世界中存在的全部实体。三维激光扫描技术最重要的意义是实现了实物的数字化，这意着可以将真实世界中的实物信息转换成为可以直接被计算机处理的数字信号，实现从模拟量到数字量的转换。它实现了“实物的数字化”，也称为“实景复制”技术。三维激光扫描技术是三维扫描技术的最新方向和重要分支[3]。

传统的三维数据采集技术主要包括：源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/

1)离散单点采集三维坐标的方法：如三坐标测量机、三坐标跟踪仪、全站仪、高精度的GPS等手段。

2)基于二维的光学摄影原理获取数据图像数据，然后用软件对图像数据进行推拟来获取实体三维模型的方法：这种技术包括近景摄影测量，航空摄影测量等[4]。

1.2.2 研究的目的和意义

现代制造业对于测量工具的要求不再局限于简单的测量，而是要通过测量工具了解工件数字化的完整数据，实现全数字化的生产。当前某些前锋的先进制造业已经进入信息化制造，并正在向着智能化制造技术迈进。智能化制造技术是知识经济时代制造业的主流技术，主要特点是生产系统的高度自适应性和自调整性，管理系统的高度自主性和自动优化性，以及信息系统的网络化和集成化，这种技术为机械生产那样以装配作业为主而组织管理又高度复杂的制造系统实现全过程高效率的柔性自动化提供了可能。