SMARTTECH三維掃描如何應(yīng)用在超級(jí)跑車(chē)中

近些年，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和成熟，三維掃描技術(shù)也隨之快速發(fā)展，不僅設(shè)備來(lái)越輕越精致便攜，更重要的是掃描速度及數(shù)據(jù)精度都有很大提高，南極熊覺(jué)得，3D掃描儀的這些優(yōu)勢(shì)會(huì)使得三維掃描技術(shù)在醫(yī)學(xué)、工業(yè)制造等方面得到了廣泛的應(yīng)用，前景市場(chǎng)無(wú)限美好。Arrinera Hussarya，作為波蘭的第一個(gè)超級(jí)跑車(chē)項(xiàng)目，從一開(kāi)始就激起了波蘭人希望波蘭汽車(chē)工業(yè)找回往日榮耀的強(qiáng)烈情感。功能零部件的生產(chǎn)，要達(dá)到跑車(chē)的要求，必須有足夠的精度和耐久性。

與大多數(shù)波蘭汽車(chē)項(xiàng)目不同的是，Arrinera Hussarya是從基層一步步建立起來(lái)的。汽車(chē)車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)飾，盡管它們已經(jīng)被證明是可行的，但仍然需要重新設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足所有的要求，同時(shí)也要展現(xiàn)超級(jí)跑車(chē)的美學(xué)。

逆向工程減少生產(chǎn)成本
重新設(shè)計(jì)一款超級(jí)跑車(chē)不僅非常耗時(shí)，同時(shí)也很昂貴。Arrinera的工程師們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索來(lái)降低成本，最終它們選定了逆向工程這種方式，即重構(gòu)現(xiàn)有元素的3d數(shù)據(jù)來(lái)完成重新設(shè)計(jì)。

通過(guò)專(zhuān)業(yè)的SMARTTCH 三維掃描儀，超跑工程師們能夠快速獲取汽車(chē)零部件幾何上的全部3d數(shù)據(jù)。3D掃描技術(shù)最為出色的案例就是離合器外殼的逆向設(shè)計(jì)和制造。

超跑的離合器受到的壓力與普通車(chē)輛的完全不同，這已經(jīng)不是什么秘密。一個(gè)810牛/米的扭矩對(duì)離合器的要求不僅是性能上要求可靠，而且要輕量化設(shè)計(jì)。因?yàn)橛腥�維掃描儀，所以使得獲取市面上已有、已存在的外殼的3D數(shù)據(jù)成為可能，然后在逆向設(shè)計(jì)軟件中重新設(shè)計(jì)來(lái)安裝柄座，同時(shí)需要適配車(chē)輛的原有構(gòu)造。

綠光是未來(lái)趨勢(shì)
MICRON3D 10M三維掃描儀擁有1000萬(wàn)像素CCD鏡頭，可用于精確測(cè)量、采集數(shù)據(jù)。該技術(shù)基于綠色的LED光源，測(cè)量效果比應(yīng)用白光的三維掃描儀高30%。案例中機(jī)型采用800*600mm的視野（該視野可在出廠(chǎng)前根據(jù)要求定制），該款三維掃描儀掃描物體時(shí)獲取的整體數(shù)據(jù)能達(dá)到0.084mm的精度。若是300*200mm的視野則可達(dá)到0.008mm的單幅精度。

實(shí)際上，這意味著一次測(cè)量就能掃描到80*60cm的面積。不同于市面上其他現(xiàn)有的解決方案，SMARTTCH三維掃描儀永遠(yuǎn)只有一個(gè)校準(zhǔn)的測(cè)量體積，這確保了用戶(hù)上手就可以使用，無(wú)需再調(diào)校設(shè)備，這不僅節(jié)省了時(shí)間，而且避免了校準(zhǔn)對(duì)精度的影響。MICRON3D green也是按照德國(guó)VDI/VDE 2634計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)認(rèn)證的，這給了Arrinera公司信心，他們深信，測(cè)量誤差不會(huì)超過(guò)設(shè)備精度證書(shū)中給出的數(shù)值。

三維掃描儀是計(jì)量設(shè)備
SMARTTCH三維掃描儀是通過(guò)投影到物體的表面來(lái)測(cè)量。光柵條紋的變形取決于曲率并被測(cè)量頭內(nèi)集成的CCD探測(cè)器記錄。該設(shè)備可采集所有可見(jiàn)的表面。為了獲取物體各個(gè)面的全面3d數(shù)據(jù)，掃描中需要用到轉(zhuǎn)盤(pán)。轉(zhuǎn)盤(pán)承載能力超過(guò)300公斤，直徑只有50公分，這足以對(duì)大部分汽車(chē)部件進(jìn)行完整的測(cè)量。

CCD探測(cè)器的圖像會(huì)通過(guò)特殊軟件算法被準(zhǔn)換成點(diǎn)云，每個(gè)點(diǎn)云包含有通過(guò)XYZ軸描述的3d數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)后期處理后可以用于質(zhì)量控制，出質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，在Arrinera公司的案例中是通過(guò)重新逆向設(shè)計(jì)并通過(guò)數(shù)控機(jī)床來(lái)加工模型。

對(duì)于500萬(wàn)或者1000萬(wàn)像素的分辨率單次測(cè)量的點(diǎn)云分別有500萬(wàn)或者1000萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，像素?cái)?shù)對(duì)決定了被測(cè)對(duì)象的掃描細(xì)節(jié)。在Arrinera的案例中，應(yīng)用了1000萬(wàn)像素的三維掃描儀，因?yàn)樾枰�精確的還原被測(cè)對(duì)象。

從兩側(cè)掃描離合器外殼，得到兩個(gè)整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。每個(gè)點(diǎn)云有六個(gè)單獨(dú)的測(cè)量幅面。掃描儀配合自動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)使每個(gè)測(cè)量面初步對(duì)齊，其他對(duì)齊數(shù)據(jù)方式例如使用定位標(biāo)記，形狀拼接。

在SMARTTECH三維測(cè)量軟件中對(duì)齊點(diǎn)云
在掃描過(guò)程中，通過(guò)SMARTTCH三維測(cè)量軟件將點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成三角形網(wǎng)格。每臺(tái)SMARTTCH三維掃描儀都配備了測(cè)量軟件。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前，我們需要先調(diào)整測(cè)量結(jié)果，我們用三點(diǎn)法進(jìn)行對(duì)齊，選擇三個(gè)共同點(diǎn)。軟件由此自動(dòng)確定彼此的位置。我們的目標(biāo)是獲得掃描對(duì)象的整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。自動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的使用大大簡(jiǎn)化了對(duì)比結(jié)果操作的復(fù)雜性。

在把點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成三角形網(wǎng)格之前，我們需要用到全局對(duì)齊的功能，這是基于點(diǎn)的位置來(lái)精確的把所有點(diǎn)云跟另一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)齊。在這個(gè)階段，我們必須清除不同數(shù)據(jù)帶來(lái)的重疊區(qū)域。在這些操作之后，點(diǎn)云就轉(zhuǎn)換成了三角形網(wǎng)格，Arrinera選擇的stl格式，stl是當(dāng)下最流行的三角形網(wǎng)格格式，能夠兼容3D打印機(jī)和銑床。三角形網(wǎng)格也可以用作CAD建模的基礎(chǔ)。Arrinera生成并調(diào)整了CAD模型，然后導(dǎo)入軟件操作數(shù)控機(jī)床。3D掃描不僅降低了公司的預(yù)算壓力，同時(shí)也使專(zhuān)用零件的制造成為可能。

用定位標(biāo)記掃描大對(duì)象
因?yàn)槲矬w的尺寸不同，在測(cè)量實(shí)驗(yàn)室用轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行三維掃描并不總是行得通，這就需要使用定位標(biāo)記法，可以在產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行測(cè)量。第二個(gè)例子討論了這個(gè)方法。在第一個(gè)復(fù)制品的生產(chǎn)過(guò)程中，盡管經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)過(guò)程，但不是所有部件都和最初計(jì)劃的完全一樣。

Arrinera的工程師就遇到了那樣的問(wèn)題。汽車(chē)左側(cè)的底座被調(diào)整了用以?xún)?yōu)化結(jié)構(gòu)。為了保持車(chē)輛的對(duì)稱(chēng)性，另一面的底座必須完全一樣。Arrinera用的傳統(tǒng)測(cè)量方法沒(méi)辦法獲得完整的3d數(shù)據(jù)，因此他們決定用SMARTTECH的3D掃描技術(shù)。

因?yàn)镸ICRON3D green的外殼是碳纖維做的，因此可以在車(chē)間使用。內(nèi)部的部件由F7級(jí)別的過(guò)濾器提供保護(hù)。耐用的機(jī)身外殼不僅保證了穩(wěn)定性，而且保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的高質(zhì)量。另外，內(nèi)部的減震系統(tǒng)也有效抑制了可能影響結(jié)果精度的振動(dòng)。

現(xiàn)有底座的幾何數(shù)據(jù)直接從實(shí)物原型中收集。Arrinera Hussarya在一個(gè)平臺(tái)上，車(chē)門(mén)阻礙了接觸底座。因?yàn)榈鬃�的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三維掃描儀的可視范圍，所以有必要使用具有定位標(biāo)記功能的掃描法。

使用標(biāo)記點(diǎn)的測(cè)量方法需要在掃描面上粘貼特殊的定位標(biāo)記點(diǎn)。SMARTTCH3Dmeasure 三維軟件操作三維掃描儀在兩個(gè)獨(dú)立測(cè)量面上找到五個(gè)共同點(diǎn)，然后將它們對(duì)齊。三維掃描儀操作員對(duì)他的產(chǎn)品有一個(gè)完整的視圖，可以輕松地添加底座剩余的掃描部分。投影儀和ccd探測(cè)器之間的尖角使我們獲得大量的幾何數(shù)據(jù)。

用定位標(biāo)記進(jìn)行的三維掃描的結(jié)果是使沒(méi)對(duì)齊的點(diǎn)云，在SMARTTCH3D軟件中的進(jìn)一步的后期處理，因?yàn)樵O(shè)計(jì)很直觀(guān)，能夠自動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)每一次的操作。在這種情況下，也有必要在Arrinera使用的Geomagic Design X中創(chuàng)建一個(gè)參考的CAD模型。該模型與制造必要零件的切割機(jī)和折彎?rùn)C(jī)兼容。

有了給定元素的CAD模型后就可以運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行快速原型制造。Arrinera從波茲南一家叫OMNI3D的公司選擇了這個(gè)方案，他們的旗艦產(chǎn)品Factory 2.0 能夠運(yùn)用熔絲制造技術(shù)生產(chǎn)巨大的3D模型。該裝置用于快速成型，設(shè)計(jì)過(guò)程需要持續(xù)改進(jìn)組件，這樣就能一次生產(chǎn)多個(gè)而不止一個(gè)原型件。如果是用傳統(tǒng)方法的話(huà)，將耗費(fèi)大量時(shí)間和生產(chǎn)成本。

OMNI3D為Arrinera按1:1的比例打印鏡框，該技術(shù)不僅可以讓超跑生產(chǎn)商快速制作原型，也可以生產(chǎn)ABS的零部件。應(yīng)用了3D打印技術(shù)后，Arrinera可以減輕零件的重量，這對(duì)于超跑來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，尤其是決定是否安裝某個(gè)特定元素。設(shè)計(jì)和制造第一輛賽車(chē)不僅是一項(xiàng)工程，更是財(cái)務(wù)上的挑戰(zhàn)。3D打印既節(jié)省了成本，又保證了數(shù)據(jù)獲取，原型制造和生產(chǎn)上的精度。Arrinera運(yùn)用了3D打印技術(shù)后，大大加快了原型制作的進(jìn)度，為生產(chǎn)節(jié)約了時(shí)間。

MARTTECH：
波蘭專(zhuān)業(yè)的光學(xué)測(cè)量設(shè)備制造商。該公司成功開(kāi)發(fā)了設(shè)備并為工業(yè)、教育、博物館和醫(yī)學(xué)提供頂級(jí)計(jì)量解決方案。

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