三维扫描技术的基本原理知识介绍 - 广州国际模具展览会

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三维扫描是指集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。

　　它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。而且其测量结果能直接与多种软件接口，这使它在CAD、CAM、CIMS等技术应用日益普及的今天很受欢迎。

　　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，非接触，使用方便等优点而得到越来越多的应用。用三维扫描仪对手板，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CAD/CAM软件接口，在CAD系统中可以对数据进行调整、修补、再送到加工中心或快速成型设备上制造，可以极大的缩短产品制造周期。

　　三维扫描技术的基本原理主要基于多种技术原理的综合应用，以实现对物体表面三维信息的精确获取。以下是对三维扫描技术基本原理的详细阐述：

　　一、基本原理概述

　　三维扫描技术是一种集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形、结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。该技术通过特定的测量手段，将现实世界中物体或环境的形状与外观数据转化为数字信息，进而进行三维重建和模型创建。

　　二、技术原理分类

　　三维扫描技术根据测量原理的不同，可以大致分为以下几类：

　　结构光扫描原理

　　概述：采用结合结构光技术、相位测量技术、3D视觉技术和复合三维非接触式测量技术。

　　工作过程：通过投射特定的光模式(如条纹、点或网格)到物体表面，然后使用相机捕获这些光模式在物体表面上的变形。通过对变形光模式的分析，计算出物体表面的三维信息。

　　优势：能够同时测量一个面，提高扫描效率。

　　激光扫描原理

　　概述：激光扫描仪发射激光束到物体表面，然后接收反射回来的激光。

　　工作过程：通过测量激光发射和接收之间的时间差或角度变化，可以确定物体表面点到扫描仪的距离。扫描仪通常包括一个或多个可旋转的激光发射器和接收器，以覆盖物体的整个表面。

　　应用：适用于各种复杂表面的测量，具有高精度和高速度的特点。

　　三坐标测量机(CMM)

　　概述：由三个互相垂直的运动轴X、Y、Z建立起一个直角坐标系。

　　工作过程：测头(通常是一个带有小球的探针)在坐标系中移动，接触物体表面。检测系统记录测球中心点在坐标系中的精确位置，通过移动测头并测量多个点，可以计算出物体的几何尺寸、形状和位置公差等。

　　特点：适用于高精度要求的测量任务，如精密机械加工件的检测。

　　双目立体视觉原理

　　概述：类似于人眼的工作原理，使用两个相机从稍微不同的角度同时拍摄物体。

　　工作过程：通过分析两个相机捕获的图像之间的差异(即视差)，可以计算出物体表面点的三维坐标。

　　应用：适用于快速、大范围的场景扫描和重建。

　　相位测量法

　　概述：通过向物体表面投射正弦波形的光，并检测反射光的相位变化来确定物体表面的三维形状。

　　特点：通常用于快速和高精度的测量。

　　飞行时间法(Time-of-Flight, ToF)

　　概述：激光脉冲或光波被发射到物体表面，并测量其返回时间。

　　工作过程：通过测量光的飞行时间，可以确定物体到扫描仪的距离。

　　应用：在三维成像和距离测量中有广泛应用。

　　三、综合应用

　　在实际应用中，三维扫描技术往往不是单一原理的应用，而是多种原理的综合和互补。例如，一些高端的三维扫描仪可能同时采用结构光扫描和激光扫描技术，以提高扫描的精度和速度。同时，随着计算机视觉和图像处理技术的不断发展，三维扫描技术在数据处理和模型创建方面的能力也在不断提升。

　　结论

　　三维扫描技术的基本原理是基于多种测量原理的综合应用，通过精确获取物体表面的三维信息，实现三维重建和模型创建。这些原理包括结构光扫描、激光扫描、三坐标测量机、双目立体视觉、相位测量法和飞行时间法等。在实际应用中，这些原理可以根据具体需求进行选择和组合，以满足不同场景下的测量和建模要求。

文章来源：至诚工业设计

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