面向21世紀國際化市場競爭的日益激烈和高新技術的迅猛發展,使制造技術在傳統技術的基礎上正在發生質的飛躍,并已成為當代高新技術應用的主要戰場之一.隨著計算機、微電子、信息和自動化技術的迅速發展,并在制造業中得到越來越廣泛的應用,而先后出現了數控、柔性制造單元、柔性制造系統、計算機輔助設計/制造、計算機集成制造系統、制造資源規劃、精益生產、敏捷制造、可重組技術、三維掃描技術、快速原型制造等多項先進制造技術與制造模式.制造業正經歷一場新的技術革命。目前制造技術已發展成為一個蘊涵整個生產過程,跨學科高度復雜的集成技術,三維掃描技術正是其中重要的一項.與此同時,支撐制造技術的研究、開發和應用的制造工程與科學,也逐步形成一門新的學科。
三維掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術,主要用于對物體空間外形和結構進行掃描,以獲得物體表面的空間坐標.它的重要意義在于能夠將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字信號,為實物數字化提供了相當方便快捷的手段。
高速三維掃描及數字化系統在反求工程中發揮著巨大作用,高速三維掃描儀已在我國多家模具廠點得到應用,取得良好效果.該系統提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能,大大縮短了模具的研制制造周期.由于三維掃描系統已在汽車、摩托車、家電等行業得到成功應用,相信以后將發揮更大的作用。
三維掃描技術能實現非接觸測量,且具有速度快、精度高的優點.而且其測量結果能直接與多種軟件接口,這使它在CAD、CAM、CIMS等技術應用日益普及的今天很受歡迎。在發達國家的制造業中,三維掃描儀作為一種快速的立體測量設備,因其測量速度快、精度高,非接觸,使用方便等優點而得到越來越多的應用。用三維掃描儀對手板,樣品、模型進行掃描,可以得到其立體尺寸數據,這些數據能直接與CAD/CAM軟件接口,在CAD系統中可以對數據進行調整、修補、再送到加工中心或快速成型設備上制造,可以極大的縮短產品制造周期。
三維掃描設備是以三次元測量系統為主。基本上以接觸式(探針式)和非接觸式(激光、照相、X光等式)兩大類。在早期是以探針式為主,雖然價格較便宜,但速度較慢,而且以探針與物體接處會有盲點并且使軟件物體容易變形,影響掃描精度,但以一般除以上缺點,它可以具有很高測量精度,適合做相對尺寸的測量與質量管理;光學掃描速度快、精確度適當,并且可以掃描立體的物品獲得大量點云數據,以利曲面重建,掃描完后在計算機讀出數據,通常這部份稱為反求工程前處理。
得到產品的數據數據后,以反求工程軟件進行點數據處理,經過分門別類、族群區隔、點線面與實體誤差的比對后,再重新建構曲面模型、產生CAD數據,進而可以制作RP Part,以確認機構與幾何外型,或NC加工與模具制造,這些是屬于后處理部份。
三維掃描技術從產生以來,到目前已經發展了很多掃描原理,從三維數據的采集方法上來看,非接觸式的方法由于同時擁有速度和精度的特點,因而在反求工程中應用最為廣泛,激光三角形法又根據光源的不同可以分為點光源和線光源兩種不同的方式,不同的方式的到的數據的組織方法是不一樣的。基于接觸式的連續掃描測量的方法由于具有比較高的精度,也得到了部分應用,但是從速度和價格上的指標就比非接觸式差一些。
目前,有些專門研發三維掃描技術的公司將上述技術中的兩種或幾種結合在一起,形成了獨特的復合式
三維掃描儀,這種復合式三維掃描儀有的同時具備測量三維數據的功能又具有測量工件的二維輪廓的功能,巧妙的將不同掃描技術的優點結合到了一起,較好的避免了單一測量掃描方式所帶來的缺點,其應用潛力巨大,也是以后三維掃描技術的發展方向。
結束語
本文闡述了三維掃描技術的應用范圍,具體分析了三維掃描技術在制造業中的應用,著重闡述了后處理過程,并介紹了曲面造型過程中的幾個關鍵技術。隨著研究開發的進一步發展,各種新的技術將不斷出現,并被應用到商用系統中,現有的三維掃描技術將不斷被完善以滿足制造業生產的需要。
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