SMARTTECH三維掃描如何應(yīng)用在超級跑車中

近些年，隨著計算機應(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，南極熊覺得，3D掃描儀的這些優(yōu)勢會使得三維掃描技術(shù)在醫(yī)學(xué)、工業(yè)制造等方面得到了廣泛的應(yīng)用，前景市場無限美好。Arrinera Hussarya，作為波蘭的第一個超級跑車項目，從一開始就激起了波蘭人希望波蘭汽車工業(yè)找回往日榮耀的強烈情感。功能零部件的生產(chǎn)，要達(dá)到跑車的要求，必須有足夠的精度和耐久性。

與大多數(shù)波蘭汽車項目不同的是，Arrinera Hussarya是從基層一步步建立起來的。汽車車身、發(fā)動機、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)計來滿足所有的要求，同時也要展現(xiàn)超級跑車的美學(xué)。

逆向工程減少生產(chǎn)成本
重新設(shè)計一款超級跑車不僅非常耗時，同時也很昂貴。Arrinera的工程師們經(jīng)過長期的探索來降低成本，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)來完成重新設(shè)計。

通過專業(yè)的SMARTTCH 三維掃描儀，超跑工程師們能夠快速獲取汽車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)計和制造。

超跑的離合器受到的壓力與普通車輛的完全不同，這已經(jīng)不是什么秘密。一個810牛/米的扭矩對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。因為有三維掃描儀，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)計軟件中重新設(shè)計來安裝柄座，同時需要適配車輛的原有構(gòu)造。

綠光是未來趨勢
MICRON3D 10M三維掃描儀擁有1000萬像素CCD鏡頭，可用于精確測量、采集數(shù)據(jù)。該技術(shù)基于綠色的LED光源，測量效果比應(yīng)用白光的三維掃描儀高30%。案例中機型采用800*600mm的視野（該視野可在出廠前根據(jù)要求定制），該款三維掃描儀掃描物體時獲取的整體數(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。

實際上，這意味著一次測量就能掃描到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)只有一個校準(zhǔn)的測量體積，這確保了用戶上手就可以使用，無需再調(diào)校設(shè)備，這不僅節(jié)省了時間，而且避免了校準(zhǔn)對精度的影響。MICRON3D green也是按照德國VDI/VDE 2634計量標(biāo)準(zhǔn)來認(rèn)證的，這給了Arrinera公司信心，他們深信，測量誤差不會超過設(shè)備精度證書中給出的數(shù)值。

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

CCD探測器的圖像會通過特殊軟件算法被準(zhǔn)換成點云，每個點云包含有通過XYZ軸描述的3d數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過后期處理后可以用于質(zhì)量控制，出質(zhì)量檢測報告，在Arrinera公司的案例中是通過重新逆向設(shè)計并通過數(shù)控機床來加工模型。

對于500萬或者1000萬像素的分辨率單次測量的點云分別有500萬或者1000萬個點，像素數(shù)對決定了被測對象的掃描細(xì)節(jié)。在Arrinera的案例中，應(yīng)用了1000萬像素的三維掃描儀，因為需要精確的還原被測對象。

從兩側(cè)掃描離合器外殼，得到兩個整體點云數(shù)據(jù)。每個點云有六個單獨的測量幅面。掃描儀配合自動轉(zhuǎn)盤使每個測量面初步對齊，其他對齊數(shù)據(jù)方式例如使用定位標(biāo)記，形狀拼接。

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

在把點云轉(zhuǎn)換成三角形網(wǎng)格之前，我們需要用到全局對齊的功能，這是基于點的位置來精確的把所有點云跟另一個測量數(shù)據(jù)對齊。在這個階段，我們必須清除不同數(shù)據(jù)帶來的重疊區(qū)域。在這些操作之后，點云就轉(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)控機床。3D掃描不僅降低了公司的預(yù)算壓力，同時也使專用零件的制造成為可能。

用定位標(biāo)記掃描大對象
因為物體的尺寸不同，在測量實驗室用轉(zhuǎn)盤進(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)線上進(jìn)行測量。第二個例子討論了這個方法。在第一個復(fù)制品的生產(chǎn)過程中，盡管經(jīng)過了長時間的設(shè)計過程，但不是所有部件都和最初計劃的完全一樣。

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

因為MICRON3D green的外殼是碳纖維做的，因此可以在車間使用。內(nèi)部的部件由F7級別的過濾器提供保護(hù)。耐用的機身外殼不僅保證了穩(wěn)定性，而且保證了測量數(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。

現(xiàn)有底座的幾何數(shù)據(jù)直接從實物原型中收集。Arrinera Hussarya在一個平臺上，車門阻礙了接觸底座。因為底座的尺寸遠(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)記點的測量方法需要在掃描面上粘貼特殊的定位標(biāo)記點。SMARTTCH3Dmeasure 三維軟件操作三維掃描儀在兩個獨立測量面上找到五個共同點，然后將它們對齊。三維掃描儀操作員對他的產(chǎn)品有一個完整的視圖，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)果是使沒對齊的點云，在SMARTTCH3D軟件中的進(jìn)一步的后期處理，因為設(shè)計很直觀，能夠自動進(jìn)行單獨每一次的操作。在這種情況下，也有必要在Arrinera使用的Geomagic Design X中創(chuàng)建一個參考的CAD模型。該模型與制造必要零件的切割機和折彎機兼容。

有了給定元素的CAD模型后就可以運用3D打印技術(shù)進(jìn)行快速原型制造。Arrinera從波茲南一家叫OMNI3D的公司選擇了這個方案，他們的旗艦產(chǎn)品Factory 2.0 能夠運用熔絲制造技術(shù)生產(chǎn)巨大的3D模型。該裝置用于快速成型，設(shè)計過程需要持續(xù)改進(jìn)組件，這樣就能一次生產(chǎn)多個而不止一個原型件。如果是用傳統(tǒng)方法的話，將耗費大量時間和生產(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，這對于超跑來說是至關(guān)重要的，尤其是決定是否安裝某個特定元素。設(shè)計和制造第一輛賽車不僅是一項工程，更是財務(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)約了時間。

MARTTECH：
波蘭專業(yè)的光學(xué)測量設(shè)備制造商。該公司成功開發(fā)了設(shè)備并為工業(yè)、教育、博物館和醫(yī)學(xué)提供頂級計量解決方案。

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