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高精度三维扫描系统的研究背景及研究意义

更新时间: 2020-01-17 18:19:49  查看次数: 350    

        人们日益增长的产品需求和科研工作者们对未知领域的不断探索都使得科学技术的发展日新月异。德国作为制造业大国率先提出了全球制造业最高标准的工业4.0,前瞻性布局第四次工业革命,带动了全世界工业自动化、智能化的大发展。在这一世界工业化革新的背景下,各国都会在这一时代将自动化技术作为发展的重中之重。工业4.0中最引人注目的关键点就是将客观物体转化为可利用数据信息,这也标志着未来的制造业与信息产业有着密不可分的联系。而自动化检测技术作为数据信息获取的重要手段毫无疑问成为了当下研究的热点,人们也将目光从二维信息的获取转向了三维信息的获取。而传统的接触式三维测量方式需要直接接触被测物体的表面,不仅测量速度缓慢,测量的精度也十分有限,无法满足实际的工业生产需求。而新型非接触式三维扫描有效结合了机器视觉、光学,图像信息处理等多种技术手段,打破了传统测量手段在实际应用中的困局,它不仅可以在不与被测物体直接接触的前提下高效获取客观物体的三维数据,还可以代替人工完成各种高危环节下的检测工作。三维扫描最重要的作用是能够将客观物体的三维信息转换为数字信息,而这些数字信息可由计算机直接处理,这是信息化时代中非常重要的技术手段。三维扫描机作为一种能够稳定高效工作的自动化设备,能够对客观物体的空间结构和表面纹理进行扫描,获取符合需求的三维数据。因此,三维扫描机凭借以上特性受到了各行各业的青睐,在生产制造中扮演了不可或缺的角色。


        近年来,三维扫描技术已经在地质工程学、生物人类学、考古学、制造业、航空航天业、立体印刷业等领域产生了巨大的影响。在地质工程领域,三维扫描技术作为一种新型技术手段,大大减小了现场环境对测量工作造成的影响,在地质勘探、地质灾害治理和工程地貌测绘等方面都起到了重要的作用。要在某些特殊的地貌区域进行高精度的测绘工作对于测绘技术人员是非常大的挑战。而采用三维扫描技术与其他方法相比,主要有测量简单便捷、测量结果全面精确、测量效率高等优点,这不仅提高了工作效率,同时也保证了成果质量。


        在生物人类学领域,尽管有关DNA分析的进展已经掩盖了其他领域的进展,但是生物考古学家们现在正在采用许多其他新的技术形式进行研究分析。值得关注的是,三维扫描提供了一个成熟的方法来记录和研究史前人类的骨骼。这种方法能够获得高分辨率的图像,使得研究人员能够利用三维扫描设备扫描和存档来自世界各地考古遗址和博物馆收藏的骨骼藏品。并且这种三维扫描设备不仅操作简单便捷,且对人体骨骼材料完全无损伤。这为他们提供了一个成本较低的有效方法来创建博物馆收藏的骨架的数字记录档案。使用三维扫描方法来保存和记录博物馆中的骨骼材料,为人们在生物人类学的子领域开拓了新的研究思路,并增加了学术合作的潜力。


        在服装生产设计领域,服装的防护性能,舒适性和运动舒适性等等都是十分重要的因素。近年来已经有研究者通过使用三维扫描技术量化空气间隙来定量描述三维服装。同时使用了相关方法处理扫描数据来研究衣服和人体之间气隙的大小和分布,将由人体和衣服形成的网格模型对齐,叠加并使用Rapidform软件进行分割[2]。不仅分析了体表气隙的大小和分布,还计算了总风量,探讨了织物性能和服装尺寸对气隙分布的影响。实验结果表明,合身服装的平均气隙约为25-30毫米。整体气隙分布相似,气隙不均匀地分布在身体上,并且与身体部位、织物性质和服装尺寸密切相关。这项研究将有助于服装设计师了解整体服装的贴合性及其防护性能和运动舒适度之间的关系,并为服装设计工程师改善散热性能和减轻生理负担等方面提供了指导。


        在家具生产等行业,使用三维扫描技术对一幅普通木板的表面纹理进行三维扫描,可以获取这块木板表面纹理的三维数据。这使得人们不仅可以根据数据进行实物复制的雕刻处理,得到与原始作品表面纹理一致的复制品,从而可以大量完成高质量的精密复制生产。还可以通过研究大量木板表面纹理的三维数据,积累更多纹理素材,有助于提升纹理设计的精密度,从而提供更好视觉效果,加快设计进度。这对于家具生产行业具有重要的现实意义。


        在航空航天业,燃气轮机发动机叶片是航空飞行器必不可少的组成部件之一。燃气轮机叶片由叶背、叶盆、前缘和后缘四个部位组成,结构复杂,对尺寸要求非常严格。叶片加工制造的可靠性是航空飞行器安全性的保证,并且叶片的制造工艺对叶片的加速性能、抗疲劳性能有着至关重要的作用。利用三维扫描技术对叶片进行高精度的测量,获取叶片的三维轮廓数据,有助于建立高保真的模型,进行参数估计和误差分析,并且可以通过逆向工程还原叶片的设计参数。这对进一步改良叶片的设计参数、提高叶片的加工精度都有重要的帮助。


        综上所述,三维扫描技术作为一种高新技术手段已经为各行各业提供了解决实际问题的新方法。因此,三维扫描机一定会在各行各业获得更加广阔的应用场景。



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