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工業級3D掃描器,拍照式or手持式?看完這篇就懂怎麼選!

6/10/2022

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隨著技術的不斷更新迭代,市場上有眾多不同類別、不同品牌、不同價位的產品,用戶對於如何選擇適合自己的3D掃描器存在一些疑惑。本期,就來講解一下如何選擇工業級3D掃描器,並詳細分析固定拍照式和手持式3D掃描器的特點及適用領域。
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建議用戶,在選購工業級3D掃描器產品的時候,憑以下幾點去綜合評估:

01. 硬體指標
🔸 掃描精度以及精度穩定性(精度和重複精度)
🔸 掃描精細度(細節)
🔸 掃描速度
🔸 使用體驗(便攜性、易用性)
Tips:​這裡,容易忽視的一點:重複精度,又稱精密度(即多次測量同一樣件,數據測量結果的一致性/穩定性),這需要廠商擁有多年的行業經驗累積、過硬的技術實力以及嚴謹的質量管理體系。

​02. 用戶指標
🔸 數據質量要求,實際掃描的精度、精細度要求
🔸 使用場景需求,掃描對象大小、材質以及掃描時間
🔸 預算

​03. 廠商指標
🔸 用戶口碑
🔸 品牌與服務
🔸 軟體升級

在用戶具體選擇工業3D掃描器時,主要是參照用戶指標,接下來我們將圍繞這個方面展開,詳細介紹如何選擇拍照式或手持式3D掃描器。
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工業級的3D掃描器,拍照式和手持式這兩種是主流類別。首先,我們要明確一點,這兩種技術的差別在於技術原理和適用場景的不同,兩者之間並不存在孰好孰壞,就如同手術刀和菜刀一樣,都是刀,但是適用的場景不同。

01. 拍照式:精度與精細度具有優勢
拍照式和手持式3D掃描器的點雲生成原理不同,前者單幅點雲即可輸出,後者為多幀數據拼接融合生成點雲,使得在相同的成像條件下,拍照式三維掃描器在精度和細節具有良好表現:
🔸 計量級精度,天遠OKIO系列精度水平最高可達0.005mm,重複精度穩定。
🔸 細節的還原度很好。​
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- OKIO系列3D掃描器掃描細節展示 -
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02. 手持式:便攜性和材質適應性具有優勢
由於雷射光源的特性,使得手持式3D掃描器在便攜性和材質適應性方面具有優勢:
​🔸 掃描靈活、便捷、快速(FreeScan UE 僅750g,輕巧易用),完整掃描一輛轎車,10分鐘即可完成
🔸 適應材質廣泛,針對一些黑色、反光樣件,無需噴粉,直接掃描
🔸 高精密度(FreeScan UE 精度高達0.02mm,重複精度穩定)。
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在實際挑選的時候,最需要關注的還是對於數據質量的要求和使用場景。

01.精度和細節高要求,推薦拍照式
🔸 小型精密零部件,對於精度和細節要求高
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🔸 ​高水平生產線,精度要求在0.005-0.015mm
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02.便攜性、材質適應性高要求,推薦手持式
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🔸 ​掃描樣件無法拆卸、移動
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🔸 ​​掃描樣件黑色、高反光,且不適噴粉
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03.一般選型參考
一般情況下,我們的選型原則是:
🔸 ​​對精度和精細度有明確高要求,選用拍照式3D掃描器(針對黑色和高反光零件的精密測量,可以在零件表面噴粉後,進行掃描);
🔸 ​​對於使用便攜性和材質適應性有明確要求,選用手持式3D掃描器;
🔸 ​​​除卻這兩個明確的要求,那麼我們推薦的選型範圍如下:
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04. 選型認知誤區
一直以來,大家對於拍照式和手持式3D掃描器的認知有一個誤區,即大家誤認為拍照式3D掃描器掃描不夠靈活、較慢,其實不然。在一些掃描場景中,比如產品方便移動的,或者是結構輪廓複雜的,甚至要求CPK批量檢測的,拍照式3D掃描器具有迅速、高效、高精度、高重複性的優勢。
​
比如掃描一個直徑8mm左右的管道泵鋁葉輪,配合自動轉台,一分鐘以內即可獲得3D數據;
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再比如配合協作機器人或多機聯動,批量化檢測、自動輸出報告,更是具有驚人的效率。
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現在,國際上先進的生產線,例如特斯拉電動汽車以及F35戰鬥機,其對於精度、細節均有高要求,採用拍照式3D掃描器來進行全尺寸的3D檢測,使用效率也是有目共睹。
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- F35產線3D尺寸檢測-
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01. 拍照式3D掃描器
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示例一:掃描外殼
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示例二:掃描手機組成部件
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示例三:最薄處僅0.16mm的薄壁件
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示例四:直徑6mm精密零件
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示例五:塑膠模具,精度要求0.03mm以內
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02.手持式3D掃描器
示例一:掃描飛機發動機管路
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示例二:掃描機械鑄造零部件
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示例三:掃描高反光模具​
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過此番講解,相信大家對於「「如何進行拍照式和手持式3D掃描器的選擇」有一個基本的認知:
🔸 ​​對於中小尺寸的精密零部件,選用拍照式3D掃描器;
🔸 ​​對於中大型零件,且同一設備需在多場景內使用,選用手持式3D掃描器;
🔸 ​​​同時,越來越多對於尺寸檢測具有高要求的用戶,均會配備拍照式和手持式3D掃描器,以滿足設計和生產環節中不同的3D檢測要求,提升效率,並增強產品品質。 
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3D掃描儀應用領域-航空篇-Part3

8/21/2017

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大型葉片葉輪法蘭平面度快速檢測
方案簡述:本方案是北京先臨三維針對大型葉片葉輪法蘭平面度檢測問題提出的。方案主要通過先臨三維攝影測量系統對大型葉片葉輪法蘭關鍵檢測部位平面度進行快速檢測,從而為產品檢測提供依據。

方案優勢:精度高、快速簡便、易學易用、勞動強度低、適用性好。
方案配置:先臨三維攝影測量系統及測量套件。
測量流程:
下面以先臨三維攝影測量系統在風電葉片葉輪法蘭平面度檢測中的應用為例進行介紹快速檢測流程:

​在被測風電葉片葉輪法蘭的關鍵部位貼標誌點,並佈置尺規和編碼點。
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用先臨三維攝影測量系統進行全域拍照,將拍攝所得圖像傳輸到DigiMetric
3D攝影測量系統軟體中,軟體對圖像自動進行處理,計算標誌點3D座標,檢測
平面度。
匯出對比結果報告。
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​大型葉片型面快速三維檢測

方案簡述:本方案是北京先臨三維針對大型葉片型面3D檢測問題提出的。方案主要通過先臨三維攝影測量系統對大型葉片型面關鍵檢測部位的3D尺寸進行快速檢測,從而為產品檢測提供依據。
 
方案優勢:精度高、快速簡便、易學易用、勞動強度低、適用性好。
方案配置:先臨三維攝影測量系統及測量套件。
測量流程:
下面以先臨三維攝影測量系統在風電葉片型面3D檢測中的應用為例進行介紹快
速3D檢測流程:

在風電葉片需要檢測的翼型線上貼好標誌點,並在檢測範圍內佈置編碼點和標誌點,並使用先臨三維攝影測量系統進行全域拍照。
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將拍攝所得圖像傳輸到 DigiMetric 3D攝影測量系統軟體中,軟體對圖像自動進行處理,計算標誌點3D座標,最終得到翼型3D資料。
將翼型 CAD 模型導入,對齊進行對比,輸出對比報告。
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3D掃描儀應用領域-航空篇-Part2

8/18/2017

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大型風葉引流罩快速3D掃描檢測
方案簡述:本方案是北京天遠針對大型風葉引流罩3D掃描檢測問題提出的。方案主要通過先臨三維攝影測量系統對大型風葉引流罩關鍵檢測部位的3D尺寸進行快速檢測,從而為產品檢測提供依據。
方案優勢:精度高、快速簡便、易學易用、勞動強度低、適用性好。
方案配置:先臨三維攝影測量系統及測量套件。
測量流程:
下面以3D攝影測量系統在大型風葉引流罩3D檢測中的應用為例進行介紹
快速3D檢測流程:
在被測大型風葉引流罩的關鍵部位貼標誌點,在有溝槽部位貼上特定標誌點,並布置尺規和編碼點。
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用3D攝影測量系統進行全域拍照,將拍攝所得圖像傳輸到3D攝影測量系統軟體中,軟體對圖像自動進行處理,計算標誌點3D座標,最終得到3D數據資料。
將所得3D資料和大型風葉引流罩CAD模型導入Geomagic Qualify 軟體進行對比。
匯出對比結果報告。
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3D掃描儀應用領域-航空篇-Part1

8/17/2017

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3D測量技術在航空航天領域有著廣泛的應用前景。先臨三維公司以其3D數字精密測量及檢測設備的準確性和穩定性,為自己贏得了信譽,並有幸參與了大陸國家載人航天工程,對“天宮實驗室”、返回艙及軌道艙的模擬實驗艙及宇航員宇航服進行了3D數據的採集及建模。
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相關設備:先臨三維工業級3D掃描儀、先臨三維攝影測量系統、先臨三維光筆測量儀、先臨三維人體3D掃描儀


相關應用:
開發設計(如直升機設計等):搭配使用先臨三維工業級3D掃描儀、先臨三維攝影測量系統或單獨使用天遠工業級三維掃描儀進行物體整體的3D數據測量。
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虛擬展示:使用先臨三維工業級3D掃描儀和先臨三維人體3D掃描儀對“天宮實驗室”、返回艙及軌道艙的模擬實驗艙及宇航員宇航服進行了3D數據的採集,並製作了用於虛擬訓練的3D模型。
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質量檢測(如葉片等):使用先臨三維工業級3D掃描儀、先臨三維攝影測量系統、先臨三維光筆測量儀或將設備搭配使用,可以進行各種尺寸範圍的關鍵點或型面檢測。
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3D掃描儀各行業解決方案-航空航天篇

5/8/2017

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綜述
航太是高端製造技術的集中體現。就測量檢測來說,無論是對於元件的測繪,還是零部件的檢測,不允許有任何的錯誤,對測量檢測的要求可以用苛刻來形容。而在加工製造方面,減重和安全是兩個終極目標,要求不斷優化元件設計和材料性能,做到輕量化、一體化。

        航空航太領域檢測零件外形以往多使用接觸法,如三座標測量機、特殊的量具等,使用貼靠的方法檢測零件的曲面形狀。這種方法效率不高,受人為因素影響較大,容易出錯,存在一定的缺陷。3D掃描或3D光學測量技術則可以做到無損檢測、複雜型面全尺寸測量檢測、加工余量智慧化檢測等,高效便捷。

   3D列印在航空航太方面的應用已經趨於成熟,並且占比越來越大,成為3D列印應用的主要市場。美國宇航局NASA在外太空探索計畫中,大量採用了3D列印技術,從火箭部件到飛船及外星球探測器,甚至是眾人關心的宇航員吃什麼,NASA都用到了3D列印技術來實現。中國的“神十”飛船,以及航母“遼寧號”的艦載機型“殲-15”,美國的F-35戰鬥機,部分零件就是3D列印技術製造而成的。
 
  有了高精度的3D測量檢測技術和高端的3D列印技術,飛機將會越來越輕,也越來越安全。
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方案重點
3D掃描或3D光學測量技術在航空航太檢測中的應用主要在以下兩個方面:

(1)複雜零件的面型檢測。特別對於毛坯零件加工餘量的檢測,非常適合;
(2)關鍵尺寸的檢測。如孔的位置、直徑,各種角度、長度,GD&T等。
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3D列印技術在航空航太領域的應用主要在以下兩個方面:
 (1)打樣測試:從飛機或航天器的設計階段就開始使用3D列印進行零部件的打樣與測試,使所有設計問題儘量都在設計環節發現並加以解決,甚至優化提升。利用3D列印出來的功能測試性能的模型和樣件,可以類比出產品的最終形態(功能形態、曲面形態等),從而驗證產品結構是否合理,運動配合是否順暢等等;一些無人機設計,我們甚至可以製作1:1的模型,將其放進風洞,進行直觀的空氣動力檢測。
 
(2)直接3D列印出飛機組件:利用3D列印技術的一體化成型優勢,可以改變飛機部件的結構或者減少部件,如減少接榫件;利用3D列印技術可以成型複雜結構的特點以及優質複合材料的特性,我們可以列印出具有內部微桁架結構的飛機部件,既可以減重還能降低故障率,並保持優良的結構件性能。

方案價值:
先臨三維解決方案給企業帶來的效益:

1. 準確、穩定的品質檢測技術,提供精確的誤差分析報告,保證元件安裝的密合度和模型測試等產品品質要求 

- 先臨三維使用先進非接觸的3D測量方式,不受產品表面材質、塗層種類等因素的影響,同時,在對柔性表面物體進行檢測時,避免接觸式掃描帶來的產品形變而影響整體檢測精度的情況,保證測量資料的準確;

- 完整清晰的檢測報告,全面包含了厚度、長度、角度、平行度、平面度、公差評價、全域誤差、3D色譜對比等尺寸資訊,讓企業能夠及時掌握品質情況。
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​- 測量獲得的三維資料細節清晰,尺寸精確,400mm×300mm範圍單面掃描精度可達0.03mm,為逆向工程提供高品質三維資料,有效説明企業大幅降低廢品率。 

- 對於航空業常常進行的風洞測試,先臨三維能夠提供專業的3D檢測技術,對製造出的產品模型進行準確測試,確保產品尺寸的準確,並且可分析出產品在風洞測試後所產生的品質變化。



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2. 滿足各種尺寸,各種外形工件的嚴格測量要求

- 先臨三維能夠對各種尺寸的工件進行快速測量,尤其是大尺寸的工件。使用先臨三維公司3D掃描器搭配Shining3D-Metric攝影測量系統,3D測量的範圍可達20米,即使長達好幾米的飛機尾翼,也能輕鬆滿足測量要求;

- 對於複雜曲面造型的工件,如渦輪葉片,先臨三維可擕式的高精度測量設備也能夠快速對各特徵參數進行測量,獲取最完整的曲面資訊。
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3. 無需更換檢測工具,先進檢測系統提供快速檢測,提高檢測效率,減少大量工作時間
 
- 快速測量檢測,大型工件如飛機尾翼的整體尺寸檢測時間在1小時以內,小型工件如飛機的零配件的測量檢測時間甚至少於15分鐘;
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4. 降低生產成本,節約測量方面的費用
 
- 快速測量,檢測靈活,適用於大部分的測量場合,避免頻繁更換測量工具,有效提升檢測效率,降低測量費用。
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5. 靈活多樣的3D列印方案,便捷的實現航空航太單件或小批量產品的高品質生產
 
- 航空航太產品具有形狀複雜、批量小、零件規格差異大、可靠性要求高等特點,因此產品的定型是一個複雜而精密的過程,往往需要多次的設計、測試和改進,耗資大、耗時長,先臨三維提供的快速成型服務,可快速的製造出所需樣品,並類比出產品的最終形態(功能形態、曲面形態等),可用於產品測試、裝配試驗、評估、功能講解等功能,與傳統工藝相比能夠縮短約1/4的時間。

- 與傳統工藝相比,先臨三維採用的金屬粉末燒結成型系統,可不受形狀與結構限制,無需任何模具即可快速完成任意複雜的造型。製作結果不僅精度高,細節製作精良,表面品質高符合航空航太的技術要求,還在一定程度上進行了輕量化的提升。
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客戶案例:
​漢莎航空深圳維修基地使用3D掃描技術提升效率

A. 面臨的問題:
    該機身發動機尺寸較大(約為2m*2m),深圳漢莎秉著嚴謹的工作宗旨,要求掃描資料在較大的情況下,同樣需要保持很高的精度要求,並希望能夠在較短的時間內獲取到完整精准的資料,以使後續工作得以快速的進行,確保優質的服務品質。

B. 先臨三維的解決方案:
 掃描的資料較大,同時深圳漢莎需要在短時間內得到優質的資料,對於鐳射3D掃描器來說機身發動機結構複雜,需測量裝配結構尺寸,有速度無法體現細節,有細節卻喪失了效率,因此鐳射3D掃描器對於這個發動機輪廓的掃描並不適用。 
    先臨三維根據深圳漢莎的實際需求,使用了OpticScan-D雙目系列三維掃描器+Shining3D-Metric攝影測量系統,以確保掃描資料的精度。同時,相對於鐳射、關節臂,三座標等其他測量方式,兩個設備的結合使用是最為快速的測量手段。 
    通過使用先臨三維提供的解決方案,深圳漢莎關於資料的獲取時間縮短了30%,後續工作得以快速進行,並在規定時間內完成了服務專案。

飛機精鑄件的檢測劃線和加工定位A. 面臨的問題:
飛機上某些結構件為鈦合金材料的精鑄件,加工單位需要對精鑄件的加工面進行加工,目前存在兩大問題需要解決:
●     需要確定毛坯件的加工餘量是否足夠
●    需要對毛坯件進行人工劃線,確定加工基準面。如果工作失誤造成劃線誤差偏大,會導致整個零件加工後報廢,損失巨大
    以某型號飛機中的一個長約4米的連接件的鈦合金鑄件為例,上述兩項都採用人工作業,使用三座標儀進行檢測,投入5個人工需要花費3天才能完成,而且偶爾會出現由於測量誤差大而導致整件加工報廢的情況。

B. 先臨三維的解決方案:
    先臨三維根據該軍工專案的情況,採用了OpticScan-D雙目系列三維掃描器與Shiningform XOV檢測軟體協同合作的方案。可以在1人操作的情況下,全部檢測程序控制在2.5小時以內,保證了測量檢測的高效,同時檢測誤差控制在0.2mm內,最大化地降低劃線失誤率,幫助避免加工報廢現象,減少損失。
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