三维光学扫描仪
三维扫描仪的三种测量原理
三维扫描仪的三种测量原理随着信息和通信技术的发展，⼈们在⼯作和⽣活中接触到图形图像也越来越多的。
⽽获取图像的⽅法⼤多都是使⽤各类摄像机、照相机等，利⽤这些⽅式通常只能得到物体的平⾯图像，即物体的⼆维信息。
当我们想要获取物体的准确数据，就需要利⽤到三维扫描仪，来获取到物体的三维数据信息，今天我们可以带⼤家了解下三维扫描采集数据信息的三种测量原理。
⼀、结构光扫描仪原理光学三维扫描系统是将光栅连续投射到物体表⾯，摄像头同步采集图像，然后对图像进⾏计算，并利⽤相位稳步极线实现两幅图像上的三维空间坐标(X、Y、Z)，从⽽实现对物体表⾯三维轮廓的测量。
⼆、激光扫描仪原理由于扫描法系以时间为计算基准，故⼜称为时间法。
它是⼀种⼗分准确、快速且操作简单的仪器，且可装置于⽣产在线，形成边⽣产边检验的仪器。
激光扫描仪的基本结构包含有激光光源及扫描器、受光感 ( 检 ) 测器、控制单元等部分。
激光光源为密闭式，较不易受环境的影响，且容易形成光束，⽬前常采⽤低功率的可见光激光，如氦氖激光、半导体激光等，⽽扫描器为旋转多⾯棱规或双⾯镜，当光束射⼊扫描器后，即快速转动使激光光反射成⼀个扫描光束。
光束扫描全程中，若有⼯件即挡住光线，因此可以测知直径⼤⼩。
测量前，必须先⽤两⽀已知尺⼨的量规作校正，然后所有测量尺⼨若介于此两量规间，可以经电⼦信号处理后，即可得到待测尺⼨。
因此，⼜称为激光测规。
三、三坐标原理三坐标测量机是由三个互相垂直的运动轴X，Y，Z建⽴起的⼀个直⾓坐标系，测头的⼀切运动都在这个坐标系中进⾏，测头的运动轨迹由测球中⼼来表⽰。
测量时，把被测零件凡放在⼯作台上，测头与零件表⾯接触，三坐标测量机的检测系统可以随时给出测球中⼼点在坐标系中的精确位置。
当测球沿着⼯件的⼏何型⾯移动时，就可以精确地的计算出被测⼯件的⼏何尺⼨，现状和位置公差等。
三维扫描所涉及到的众多领域，如⾃动加⼯、⾯形检测、实物仿形、⽣物医学等，机器视觉、产品质量控制、物体的三维信息是必不可少的。
光学三维扫描仪原理
光学三维扫描仪原理
光学三维扫描仪是一种通过光学原理实现物体三维信息获取的设备。
其原理基于光学测量和图像处理技术，使用扫描仪内部的激光器发射一束光线照射到待测物体表面，然后通过一组镜头或光学系统对反射回来的光线进行捕捉和记录。
光学扫描仪通过改变光线的入射角度和位置，以及记录物体表面的反射光线信息，来获取物体表面的形状和纹理细节。
通过扫描仪的高速数据捕捉功能，能够准确地获取物体表面的坐标位置和颜色信息。
在光学扫描过程中，激光器发射的光束会在物体表面发生折射、反射和散射。
扫描仪会采集反射回来的光线，并通过镜头或光学系统将光线聚焦到光电探测器上。
光电探测器会将反射光线转化为电信号，并传输给计算机系统进行处理。
通过对多个不同角度和位置的光线进行捕捉和记录，光学三维扫描仪可以获取整个物体表面的三维坐标信息。
计算机系统会根据捕捉到的数据点，生成物体的三维模型或点云，并进行后续的数据处理和分析。
除了获取物体的形状信息，光学三维扫描仪还可以获取物体表面的纹理细节。
通过记录光线与物体表面的散射情况，扫描仪可以获取物体表面的纹理图像，用于精确还原物体的外观特征。
在实际应用中，光学三维扫描仪具有高精度、高效率和非接触等优点，已广泛应用于制造业、工艺设计、文化遗产保护等领
域。
通过光学原理的应用，光学三维扫描仪能够准确获取物体的三维信息，为多个领域的研究和应用提供了强大的技术支持。
3d扫描仪的工作原理
3d扫描仪的工作原理
3D扫描仪是一种能够将实物变成数字化模型的设备。
它的工作原理是通过利用光学或激光技术，对被扫描的实物表面进行测量和捕捉。
下面将详细介绍其工作过程。
首先，3D扫描仪会发射光线或激光束，照射到待扫描的物体表面。
这些光线或激光束会在物体表面上发生反射、散射或被吸收。
然后，3D扫描仪会使用相应的传感器来检测被照射物体表面上的光线或激光束的特征。
这些传感器可能是相机、光电二极管或激光接收器等。
接着，被捕捉到的光线或激光束的特征数据会被转化成数字信号，并通过计算机软件进行处理。
计算机会根据接收到的信号计算出物体表面的形状、颜色和纹理等信息。
最后，通过这些数据，计算机就能够将物体表面的形状和纹理等信息重建成一个数字化的三维模型。
这个模型可以以文件的形式进行保存，也可以进行进一步的编辑和处理，比如进行尺寸分析、设计修改或进行虚拟实境等应用。
需要注意的是，不同类型的3D扫描仪可能使用不同的技术原理来实现对物体的扫描。
常见的技术包括结构光扫描、立体视觉、激光雷达等。
这些技术在具体应用中会根据需要选择合适的扫描方式和设备。
手持式和固定拍照式三维扫描仪对比
目前市面上的三维扫描仪（3D scanner）可谓是五花八门，各种款式多到足以让人眼花缭乱，在部分地区又被称为激光抄数机或者3D抄数机。
其实3D建模扫描仪基本可分为两大类，手持式和拍照式。
那么这两种基本的三维扫描仪又有什么样的区别呢？市场上三维扫描仪产品款式齐全，下面针对两种基本款式做了以下几点简单的概述。
手持式三维扫描仪原理:线激光手持三维扫描仪，自带校准功能，配有一部激光发射器和两个工业相机，工作时将激光线照射到物体上，两个相机来捕捉这一瞬间的三维扫描数据，由于物体表面的曲率不同，光线照射在物体上会发生反射和折射，然后这些信息会通过第三方软件转换为3D图像。
在三维3D扫描仪移动的过程中，光线会不断变化，而软件会及时识别这些变化并加以处理。
光线投射到扫描对象上的频率可高达数百万点每秒，所以在三维扫描过程中移动三维扫描仪，哪怕扫描时动作很快，也同样可以获得很好的扫描效果，手持式三维扫描仪工作时使用反光型标记点贴，与三维扫描软件配合使用，支持摄影测量和自校准技术。
定位目标可以使操作员根据其需要的任何方式360°移动物体。
真正便携，手持三维扫描仪可装入手提箱，携带到作业现场或者工厂，使用十分方便。
手持三维扫描仪可实现激光扫描技术的一些高数据质量，保持较高解析度，同时在平面上保持较大三角形，从而生成较小的STL文件。
功能多样并方便用户使用，由于其尺寸小巧，所以可以在狭小空间内扫描几乎任何尺寸、形状或颜色的物体。
拍照式三维扫描仪扫描原理类似于照相机拍摄照片而得名,是为满足工业设计行业应用需求而研发的产品,，它集高速扫描与高精度优势，可按需求自由调整测量范围，从小型零件扫描到车身整体测量均能完美胜任，具备极高的性能价格比。
目前已广泛应用于工业设计行业中。
拍照式结构光三维扫描仪是一种高速高精度的三维扫描测量设备，采用的是结构光非接触照相测量原理。
结构光三维扫描仪的基本原理是:采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。
光学三维扫描仪ATOS安全操作规程
光学三维扫描仪ATOS 安全操作规程
1.开机之前仔细检查各电源插头 ,以免在测量过程中掉电而导致数据丢失。
2.开机后进入超级用户状态 ,各系统参数不得随意修改,不得随意删除系统文
件。
3.测量之前应理顺数据线路,以免搬动支架是被搬到。
4.搬动支架及测量头时要轻拿轻放 , 以避免震松镜头而改变其位置。
5.作硬件标定时各螺纹的松紧要用专用工具 , 调整时不要用力过猛。
6.不能用手触摸横梁和三个镜头,以免有灰尘进入或损坏横梁及镜头。
7.支架升高或放低时要二人协作,以免支架及测量头倒下。
8.喷着色剂时一定要用镜盖盖住镜头,以免灰尘污染镜头。
9.在测量间隙中应熄灭镜头光源灯,以延长其使用寿命。
10.定期用专用纸擦拭镜头以保证清洁 ,液晶显示器用柔软的纸定期擦拭 ,不要用尖
锐的东西接触显示器。
不用时用一块干净布遮好。
11.系统出现异常时应及时记录 ,并马上与管理部门联系 ,不得擅自处理。
12.工作完毕 ,做好工作场地和设备的清洁工作。
实行文明作业。
13.每班工作结
束须做好设备运转情况记录。
MetraSCAN3D光学CMM扫描仪-Creaform
计量解决方案工业级光学三坐标三维扫描仪兼容所有主流软件，测量速度更快，操作更简单。
手持、无臂式界面友好。
分钟即可完成安装更大，更具扩展性的测量范围 - 可轻松地动没有任何精度，无需蛙跳。
自动对齐 -从而减少了设置和误差累积。
无臂手持式 MetraSCAN 3D™ 光学三坐标三维扫描系统和 C-Track™ 双摄像头传感器形成了一个独特组合，确保在实验室和工作场所能生成最精确的测量值。
结合 HandyPROBE™，这一完备且功能强大的检测方案提高了测量过程的可靠性、速度和多功能性。
同其他测量臂式三维扫描仪相比，MetraSCAN 3D 光学三坐标扫描仪能完全移动自如，可显著提高生产效率和质量。
技术高精度测量，无论何种测量环境（不稳定性、温度变化等）或操作者熟练程度 。
真正便携完备且功能强大的检测方案 -TRUaccuracy技术测量精度更高。
Creaform 的TRUaccuracy TM技术可以确保高精度的测量，无需考虑何种环境（不稳定性、震动和温度变化等）或者操作者熟练程度。
–借助 C-Track 的动态参考模式，坐标系统可以精确地“锁定”到被测部件上，使得部件在整个测量过程中保持坐标对齐。
–具有自动对齐功能，对齐时无需人工操作，从根源上极大地减少了误差的产生。
–利用校准棒进行快速校准，MetraSCAN 3D 扫描仪可以在其整个生命周期中保持始终如一的精度。
–通过连续监控参数（温度、精度等），可以确保产品在整个使用周期都拥有恒定的精度。
应用MetraSCAN 3D 扫描仪是强大的光学三坐标三维扫描系统。
结合 HandyPROBE，此三维扫描检测系统可广泛用于测量及逆向工程应用。
该系统得到的数据可导入到任何主流检测软件中进行实时处理。
MetraSCAN 70MetraSCAN 70 提供了更高的分辨率。
它最适合用于几何特征复杂的项目，如钣金及工装的检测。
MetraSCAN 210MetraSCAN 210 在保持同等精度的情况下可以提供更快的测量速度。
3d扫描仪
三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。
搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。
这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。
三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术，各种不同的重建技术都有其优缺点，成本与售价也有高低之分。
但并无一体通用之重建技术，仪器与方法往往受限于物体的表面特性。
目录1定义2三维扫描仪分类与功能三维扫描仪功能拍照式三维扫描仪3测量方法分类1定义三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。
搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。
这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。
三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术，各种不同的重建技术都有其优缺点，成本与售价也有高低之分。
但并无一体通用之重建技术，仪器与方法往往受限于物体的表面特性。
例如光学技术不易处理闪亮（高反照率）、镜面或半透明的表面，而激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。
2三维扫描仪分类与功能大体分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪。
其中非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪（也称拍照式三维描仪）和激光扫描仪。
而光栅三维扫描又有白光扫描或蓝光扫描等，激光扫描仪又有点激光、线激光、面激光的区别。
三维扫描仪功能三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的点云（point cloud），这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型（这个过程称做三维重建）。
三维扫描仪原理
三维扫描仪原理
三维扫描仪是一种可以通过激光或光学投影原理，对物体进行非接触式扫描并生成三维模型的设备。
其原理主要包括以下几个步骤：
1. 光源：扫描仪通过内置光源产生激光或光栅投影，用于照射到目标物体表面。
2. 投影：激光或光栅经过扫描仪的光学装置聚焦，并以特定的角度投射到目标物体上。
3. 反射：光线照射到物体表面后，会产生反射光线。
这些反射光线会被扫描仪的探测设备接收并进行记录。
4. 探测：接收到的反射光线经过探测设备的接收器转化为电信号，然后通过微处理器进行信号处理和分析。
5. 三维重建：通过对接收到的反射光线进行测量，可以获取到目标物体表面的距离信息。
利用该信息，扫描仪可以对目标物体进行三维重建，并生成对应的三维模型。
6. 数据处理：生成的三维模型可以通过计算机进行后续的数据处理，进行点云配准、重建算法优化和数据滤波等操作，以获得更精确的三维模型数据。
总结起来，三维扫描仪通过照射物体表面，接收反射光线并测量其距离，最终生成相应的三维模型。
其原理基于光学投影和
反射光线的探测，结合计算机进行数据处理和重建。
这种非接触式的扫描方式，在工业设计、文物保护、医药领域等都有广泛的应用。
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三维光学扫描仪选购
1.三维光学扫描仪概述
三维光学扫描仪按照其原理分为2类，一种是“照相式”，一种是“激光式”，两者都是非接触式，也就是说，在扫描的时候，这两种设备均不需要与被测物体接触。
“激光式”扫描仪属于较早的产品，由扫描仪发出一束激光光带，光带照射到被测物体上并在被测物体上移动时，就可以采集出物体的实际形状。
“激光式”扫描仪一般要配备关节臂，大致外形如下：
“照相式”扫描仪是针对工业产品涉及领域的新一代扫描仪，与传统的激光扫描仪和三座标测量系统比较，其测量速度提高了数十倍。
由于有效的控制了整合误差，整体测量精度也大大提高。
其采用可见光将特定的光栅条纹投影到测量工作表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短时间内获得复杂工作表面的完整点云。
其独特的流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术使扫描不需要借助于机床的驱动，扫描范围可达12M，而扫描大型工件则变得高效、轻松和容易。
其高质量的完美扫描点云可用于汽车制造业中的产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制，甚至可实现直接加工。
大致外形如下（镜头）：
2.三维扫描的工作流程
（1）第一步：对物体进行扫描。
（2）第二步：生成点云，由扫描设备自带的软件进行整合。
（3）第三步：提取特征，采用逆向工程软件（如Imageware）对点云进行处理。
（4）第四步：三维造型，利用逆向工程软件或CAD软件（如Catia，ProE，UG 等）进行造型。
（5）第五步：对比评估，利用各种三维工程软件（如Surfacer等），检查造型的误差，并进行必要的修改。
3.主流三维光学扫描仪介绍
3.1.“激光式”光学扫描仪
3.1.1.INFINITE系列柔性测量系统
美国CimCore (星科)公司全新推出的INFINITE系列柔性测量系统，使得柔性测量的再次上升到一个新的高度，能够完成各种测量、检测任务以及逆向工程系统应用。
该系统具备以下先进的技术特点：
- 获得专利的主轴无限转动技术
- 无线通讯增加了INFINITE的便携性
- INFINITE整合了数字相机，以便于记录零件设置
- 集成式锂电池，能够在交流电源不具备的情况下完成完成现场测量任务
- 新一代ZERO-G平衡杆系统：可平衡测量臂的大部分自重，可实现单手操作
- 碳石墨纤维材料臂身：不仅强度高，其温度稳定性是铝的25倍，使得系统对环境要求极低。
正常使用情况下，臂身终身保用
- 现场校准：与其他公司产品不同，星科产品附带美国国家标准局(NIST)认证的长度标准尺，可随时对系统进行快速校准。
3.1.2.MicroScan 3D
快速、方便、低价位的3D激光扫描系统
带6自由度接触探头与MicroScribe3D数字化仪或关节式可携带三维坐标仪用来收集数据时，不像点击式数据(点对点)，MicorScribe收集数据时更像喷画，一秒钟用激光扫描仪可收集高达28000点数据。
当激光扫描仪在物体表面描绘轮廓移动时，收集到的数据点可即时反映在MicroScan的工具软件里，可让你看到哪些地方的数据密度应该增加。
你可在长激光线或短激光线之间转换用来增加密度，更好的解决了弯曲较多的区域。
对那
些更复杂或更大尺寸的物体，MicroScan可更有效的将物体数据化。
复杂部件也可形成高精度数据。
在收集数据时，因为没有东西接触物体。
激光扫描仪对那些很小的、会倾斜的、易碎的或复杂的物体特别有用，甚至对那些有很多小孔而无法准确收集数据的部件也很有效。
单独使用一个接触式探头来测量精密或复杂部件数据可能是烦琐的、很费时间的或甚至不可能的，但是3D激光扫描系统不用接触物体或部件就可又快又简单的形成精度很高的3D数据。
3.2.“照相式”光学扫描仪
3.2.1.德国-ATOS光学扫描仪
德国GOM公司独家研制的ATOS流动式光学扫描仪是目前市场上最为先进的非接触式三坐标扫描设备。
该设备采用可见光，将特定的光栅条纹投影到测量工件表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短的时间获得复杂工件表面的完整点云。
其独特的流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术，使扫描不需要借助于机床的驱动，扫描范围可达12m，而扫描大型工件则变得高效、轻松和容易。
其高质量的完美扫描点云可用于产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制，甚至可实现直接加工。
ATOS扫描仪的主要技术特点可总结为以下几点：
1.高质量的扫描点云:ATOS采用高分辨率CCD数码相机采集数据，可在短时间内获得任何复杂表面的密集点云（点距0.03~0.5mm），并可根据表面的曲率变化生成完美的网格面，便于后期的曲面重建和直接加工。
可清晰获得细小特征，并可方便提取工件表面特征（圆孔、方孔、边界线、黑胶带线等）。
测量的综合精度0.1mm/m。
2.结构简单，便于携带:整个测量系统由扫描头、三角架、控制器及电脑组成，可放置在两个手提箱内随处携带，设备安装、标定工作可在10min完成，无需预热即可扫描，可在任何环境下进行测量。
3.测量效率高:单幅扫描时间只需8s，两天时间即可完成整车的内外表面扫描。
4.测量范围大:可同时实现多种测量范围，单幅测量范围从50*40mm到2000*2000 mm；测量工件从10mm到12m。
5.方便使用、性能稳定:系统软件和硬件均采用模块化设计，性能稳定。
设备操作简单，经过两天的培训即可熟练的操作，软件提供完善的在线帮助和批处理功能，可适用于生产线检测。
6.首创的参考点拼合技术:不同视角的测量数据依靠粘贴在工件表面公共的三个参考点，可自动拼合在统一坐标系内，从而获得完整的扫描数据。
可根据工件尺寸选择不同直径的参考点（1mm~8mm）,对于被参考点覆盖而在工件表面留下的空洞，软件可根据周围点云的曲率变化进行插补。
7.先进的数码相机定位技术:对于复杂的大型工件，采用数码相机拍照和整和定位计算，可迅速测量出全部参考点的空间三坐标值，从而建立统一的参考点的坐标框架，再利用ATOS扫描头进行测量，获得完整的扫描点云。
通过这种方式，消除了积累误差，提高大型工件的扫描精度。
基于以上优点，ATOS扫描仪成为目前世界上最受欢迎和认可的测量设备，广泛地应用于汽车、摩托车、模具、电子产品、玩具等行业，其全球用户已超过2000家。
ATOS从1999年进入中国市场，目前国内用户已发展到200多家。
扫描例子：
3.2.2.OKIO-I
OKIO-I是天远在国内推出的首款三维扫描仪，采用进口高精密工业CCD传感器，UHP冷光源，具有以下特点：
速度快
精度高
标志点全自动拼接功能
便携式设计、结构轻巧可靠
型号可调、一机多用。