揭秘高鐵的3D“智”造，天遠(yuǎn)三維無線激光掃描系統(tǒng)

來源：每日科技熱點

導(dǎo)讀：2020年不少新線路是首次投入鐵路運營，比如全程可刷臉進(jìn)出站的京張高鐵，串聯(lián)革命老區(qū)的“最紅高鐵”等等，乘坐高鐵出行已經(jīng)成為更多旅客的首選。

中國高鐵的外觀設(shè)計可以說是十分驚艷，尤其是車頭，辨識度非常高。當(dāng)一輛高鐵從眼前呼嘯而過的時候，中國速度著實讓人忍不住的驚嘆！科技改變了生活，那給我們出行帶來諸多便利的高鐵是如何制造出來的呢？今天就來帶你探秘高鐵車頭的玄機(jī)。

列車在高速運行過程中，最大的敵人就是空氣阻力。當(dāng)列車速度超過每小時300公里時，80%的阻力來自于空氣，列車速度越快，空氣阻力越大，所以我們看到的車頭基本都是流線型，這樣的設(shè)計可以降低空氣阻力，節(jié)約能耗。

傳統(tǒng)車體材質(zhì)為鋁合金，由于人們對車體輕量化的要求越來越高，使用復(fù)合材料已逐漸成為了新的趨勢，例如車體和車頭前端部采用玻璃鋼、芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂等。那么問題就來了，新材料雖然具備很多優(yōu)點，但是變形量比起金屬更加難以控制，這就是本次主角出場的原因。

【案例來了】
主角介紹：高鐵車頭
用戶需求：需要檢測外形加工精度
數(shù)據(jù)要求：車頭外觀數(shù)據(jù)完整，精度mm級

嘗試過的測量方法·

檢測難點：車頭由新型復(fù)合材質(zhì)一次成型，尺寸大且具有復(fù)雜曲面

高鐵車頭是整個車體制作過程中工藝最復(fù)雜的部分，為了驗證精度客戶試過多種測量方法，包括：

1-傳統(tǒng)人工測量
弊端：例如劃線測量或卡板測量，不僅測量耗時長，而且不能檢測復(fù)雜曲面，很多尺寸及形位特征無法有效的檢測

2-接觸式測量
弊端：接觸式主要為打點測量，只能測量少數(shù)尺寸，不能進(jìn)行工件全尺寸偏差檢測。
另考慮到車頭是由新型復(fù)合材料制成，接觸式測量易引起外形輕微形變，因此更適合非接觸式測量。

3-部分非接觸式三維掃描儀
弊端：耗時長，并且精度達(dá)不到要求

推薦方案：天遠(yuǎn)三維FreeScan Trak無線跟蹤式激光掃描系統(tǒng)
推薦理由：掃描快+精度高

也許你會問，已經(jīng)試過那么多種方法，這個設(shè)備能有多快？帶你回放整個掃描過程就明白了。

·掃描前：
傳統(tǒng)非接觸式三維掃描儀：只要掃描，必須先給掃描對象粘貼標(biāo)記點。只有貼好標(biāo)記點，掃描儀才能夠識別并獲取物體外觀數(shù)據(jù)。這么大一個高鐵車頭，光標(biāo)記點預(yù)計要貼1000-2000個！

使用天遠(yuǎn)三維公司（先臨三維子公司）研發(fā)的無線跟蹤式激光掃描系統(tǒng)FreeScan Trak，不貼點，直接掃直接出數(shù)據(jù)。省掉了貼3000個標(biāo)記點的時間，這是不是快！

·掃描中：
使用過普通三維掃描儀的用戶可能都遇到過掃描過程中卡頓的情況。而天遠(yuǎn)FreeScan Trak掃描過程非常流暢，全程無卡頓。

另外普通三維掃描儀在掃描大型樣件過程中，因累計誤差因素，必須搭配相應(yīng)輔助設(shè)備進(jìn)行誤差控制（如攝影測量系統(tǒng)），勢必增加數(shù)據(jù)采集時間。如果樣件過大（比如車頭），甚至需要2套掃描儀同時工作。不僅效率低，精度也不理想。相比之下，如果只需要一臺FreeScan Trak，圍著車頭掃掃掃就好了，這是不是快！

·掃描后：
獲取的3D數(shù)據(jù)為asc,stl等格式，可直接與各類主流三維軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，例如：Geomagic Control X，不僅效率高并且數(shù)據(jù)可追溯。這是不是快！

揭秘天遠(yuǎn)FreeScan Trak為啥這么神奇呢？因為它有幾大法寶技術(shù)。

1-無需貼點：動態(tài)跟蹤技術(shù)
基于動態(tài)光學(xué)跟蹤原理，系統(tǒng)可對掃描頭進(jìn)行跟蹤定位并實時精確測量目標(biāo)的三維形狀，實現(xiàn)了無需貼點的高精度三維掃描。

（跟蹤儀）

2-高精度：計量級測量
精度高達(dá)0.03mm，分辨率高達(dá)0.05mm，系統(tǒng)重復(fù)性高。


3-靈活操作：有線/無線雙模式
即可使用有線工作模式，也可實現(xiàn)無線傳輸。當(dāng)使用無線工作模式時，光學(xué)跟蹤儀與掃描儀之間無需線纜連接，通過Airmaster快速搭建高速無線鏈路傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)無標(biāo)記點、無約束的“無線自由”三維掃描。

新設(shè)計的高鐵車頭在正式運營之前，都要經(jīng)歷從概念設(shè)計-仿真分析-模型試驗-線路實車試驗這些不斷優(yōu)化的過程。高精度的車頭3D數(shù)據(jù)在整個過程中為研發(fā)人員提供了可靠的技術(shù)支撐。

除了車頭，在整個高鐵生產(chǎn)周期中，不論是車體、轉(zhuǎn)向架、車上下大部件、車內(nèi)設(shè)備甚至道岔等等都可以借助三維掃描儀快速、精準(zhǔn)的獲取三維數(shù)據(jù)，并且其中的部分環(huán)節(jié)還可引入自動化檢測的解決方案。

縱觀整個制作過程，3D數(shù)字化技術(shù)的加入使得設(shè)計師和工程人員可以真正從傳統(tǒng)制造工藝中解放出來，專注于智能與創(chuàng)新。