3D三维扫描仪类型工作原理精度及应用

通常3D三维扫描仪分两种，（线）激光扫描仪和（面）结构光扫描仪。结构光扫描仪往往比激光传感器测量范围要小，但是更高效、测量精度更高。例如常见的激光扫描仪最高分辨率为0.05，精度为0.02+0.035/m，而结构光扫描仪最高分辨率可达0.02，精度高达0.005。市面上常见的手持式（或配合机械手）扫描仪大多搭载线激光传感器，拥有较大的测量范围和灵活性。

传统的手持式3D三维扫描仪由于面幅限制，通常需要通过拼接点完成工件整体的扫描，为保证拼接精度和效率，需要在工件上贴很多参考点，确保至少有3个不在同一平面上的点包含在每两个面幅里。近些年出现了跟踪式激光扫描仪，通过跟踪仪记录激光扫描仪的实时位置，无需在被测工件上张贴参考点。一般来讲，通过参考点拼接的方式可以完整地扫描比扫描仪视场范围大得多的零件，但由于本身依赖获取参考点中心时的位置偏差，导致越大的零件损失的精度越多。同样的道理，对于跟踪式三维扫描仪，由于其跟踪的范围更大，跟踪到的参考点空间精度更差，因此其测量精度远低于常规的三维扫描仪。

按照VDI 2634或ISO 10360-8，通常使用Probe Form Error、Probe Size Error及Sphere Distance Error等指标来评价三维扫描仪的精度。

ØProbing Form Error

Probing Form Error = PF = Rmax - Rmin (使用25个点拟合球）

Probing Form Dispersion = PD = Rmax - Rmin (使用1σ点拟合球）

ØProbing Size Error

PS = Dmeas – Dcal（使用25点拟合球）

PSall = Dmeas – Dcal（使用所有点拟合球）

ØSphere Distance Error

SD = Max(SDmeas– Sdcal )

如前所述，三维扫描仪通常分为激光扫描仪和结构光扫描仪。

激光扫描仪通过激光发射器发射出红/蓝激光线，传感器接收激光信号，发射器和接收传感器相对位置固定，因此可以通过三角测距法获得被测点的位置。通常有以下几种形式：

Ø手持式

Ø配合三坐标

Ø配合机械手

结构光扫描仪通过结构光发射器向工件表面投影光栅，两个CCD相机接收，根据三角测距原理，获得光栅各点的位置信息。通常结构光扫描会结合参考点系统，针对光栅投影的每一个点，形成一个超定方程组，并通过软件求得最小二乘解。通常有以下形式：

Ø配合支架

Ø配合机械手

3D三维扫描仪主要应用与质量控制和逆向工程。

质量控制

逆向工程

分行业来看，三维扫描仪主要应用于如下行业：

塑胶

铸造、钣金、模具

航空航天

医疗

艺术品及文物

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