工业4.0时代下3D扫描仪的机遇与挑战

3D扫描是一种通过分析现实世界物体并收集其外观形状数据的过程,所获得的数据可用于构建数字化的3D模型。凭借其快速而精准地捕捉所需数据的能力,3D光学扫描技术在工业设计、工程和制造领域得到广泛应用。此外,它还在其他领域发挥了重要作用,如医疗保健、改装重型机械、电影视觉效果制作、视频游戏角色开发,甚至是设计定制假肢设备。随着医疗设施的不断改进和人们卫生意识的提高,高效的扫描技术在医疗保健领域的应用也日益增加。

 

工业4.0时代下3D扫描仪的机遇与挑战

 

移动性、扫描范围和图像质量方面的持续技术发展为3D扫描技术开辟了新的应用领域,3D扫描技术在医疗保健、制造、娱乐、建筑和汽车等多个领域越来越受欢迎,3D扫描仪也越来越多地应用于逆向工程、快速原型制作、质量检查、人体扫描和各种其他服务。

 

北美目前以超过 32.67% 的份额主导着全球 3D 扫描市场,亚太地区由于主要国家(如中国和日本)的经济增长,3D扫描仪市场继续高速增长。

 

这些技术的综合应用使得激光扫描技术在许多高价值、政府支持和私人资助的项目中得到广泛应用。例如,在国防和道路测量中,激光扫描技术可以用于精确的地图制作和地形建模;在土木工程中,它可以用于建筑和基础设施项目的测量与规划;在逆向工程中,它可以将实际物体数字化以进行设计与改进。此外,激光扫描还在采矿、考古学等领域发挥着重要作用,为这些领域提供了准确的测量和数据支持。

 

激光扫描

 

随着工业4.0的普及,3D扫描市场正在经历显著的增长。3D扫描技术在航空航天与国防、汽车、娱乐与媒体、建筑和医疗保健等多个工业领域中崭露头角,成为一种强大的工具。

 

在汽车行业,对3D扫描解决方案的需求日益迫切,这些解决方案能够生成经过验证的结果,并用于设计车辆的各个部件。近年来,汽车行业一直在见证重大增长,特别是新能源汽车领域的生产投资将为3D扫描技术的应用带来新的机会。

 

3D扫描仪始终通过测量点快速获取数据并生成点云。许多组织,特别是制造公司,正在积极利用新兴的云计算和物联网(IoT)技术来优化运营流程。在这个过程中,IoT应用程序的实时更新至关重要。这些应用程序涵盖了多个方面,包括装运和存储状态、维修和主动维护警报,以及来自供应链的详细信息。通过结合3D扫描软件和硬件,制造商正在寻求建立贯穿整个制造过程的端到端数字化通道。

 

随着制造业工业 4.0 的到来,各种工业工厂正在采用数字技术来增强、自动化和现代化其整个过程。物联网 (IoT) 等不同数字化转型技术的集成正变得越来越普遍,因为数字化链条提供了非凡的优势,例如提高效率、提高安全性、预测性维护以及减少错误和成本。

 

物联网 (IoT)提供了更有效和更经济地控制设备的潜力,这使得不仅在单个工厂,而且通过云在多个设施中收集和管理大量车间数据变得更加容易。当与分析相结合时,组织可以获得更深入的洞察力,使他们能够提高制造性能、提高产品质量并进行预防性维护。

 

此外,日益复杂的供应链挑战增加了对 3D 扫描的需求,这将为市场增长提供机会。

三维扫描仪在工业领域中的应用

三维扫描仪的作用可以简单地解释为利用工业级图像传感器(CCD)来高精度、完整地采集宏观物体表面的数据,并将这些数据传输到计算机上。基本上,扫描仪能够获取我们肉眼能够清楚看到的位置的数据,并尽可能地按照1:1的比例进行采集。

 

在工业领域,如果我们生产或者购买到一个复杂工件,想要对这个工件进行一个全面的测量,或者希望调整改变这个工件的外形以及功能,而我们用传统的量具无法进行全面测量,这个时候就需要用到三维扫描技术将工件完整的三维数据扫描出来,导入到软件进行对应的检测操作。

 

三维扫描的原理是:通过光学发射孔发射出激光、LED光、蓝色光栅等结构光,工业CCD接收反射回来的光信号,测量时间差,根据不同光的传播速度,可以计算出距离,这样就可以记录被测物体表面大量密集的点的三维坐标,将这些密集的点连接起来就形成了面。

 

三维扫描仪采集数据

 

三维扫描仪采集到的数据到底能做些什么呢?

 

一、扫描数据与原始CAD(数模)3D比较检测

 

通过对实际物体进行三维扫描,获取其表面的三维数据后,可以将这些扫描数据与原始的CAD数模进行拟合和对比,从而验证工件在各个位置的偏差。这个技术对于质量检测非常有用,可以用来验证外委件、自行生产的工件、模具、夹具、检具等是否符合预定的标准和规格。

 

扫描数据与原始CAD(数模)3D比较检测

 

二、2D尺寸检测

 

通过对实际物体进行三维扫描,获取其表面的三维数据后,可以将这些数据导入专门的检测软件中。在检测软件中,您可以建立适当的坐标系,并定义物体的特征点和特征面,以进行2D和3D尺寸的测量和标注。

 

2D尺寸检测

三、形位公差分析

 

将扫描数据和原始CAD模型同时导入检测软件,对其进行形位公差标注分析。

 

形位公差分析

 

四、壁厚评估(针对薄壁件

 

将物料正反两面进行一次性扫描,导入检测软件,直接进行壁厚评估,可实时获取每个位置的厚度值。

 

壁厚评估

 

五、逆向工程和正向设计

 

逆向工程:您可以对竞争产品进行逆向工程,获取其几何形状、尺寸、结构等信息,并将其转化为数字化的CAD模型。这种方法可以帮助您理解竞争产品的设计和工程特点,甚至可以用于分析其性能和功能。

 

正向设计: 一旦拥有逆向工程得到的数字化CAD模型,便可以进行正向设计开发。这可能包括添加新的功能、改进现有的设计、进行造型美学优化以及人机工程学设计等。在这个阶段,您可以根据市场需求、用户反馈和创新想法来对产品进行改进和创新,从而使您的产品更具竞争力。

 

这5种应用在汽车航空航天船舶、机械制造、模具制造等行业都有非常多的案例。