COMET T-Scan手持式激光扫描系统-佳工网




COMET T-Scan手持式激光扫描系统
迅利科技陈卫东

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面对激烈竞争的市场，企业的生命已不仅仅是采用现代管理制度、实施各种降低成本的信息管理系统，更需要不断地开发新的产品，只有不断创新才能使企业不断发展。因此围绕产品开发的各种技术手段应是企业首先考虑的问题。开发全新的产品是个耗时费钱的系统工程，因此立足于现有产品的基础上进行改型设计就成为广泛采用的方式。事实上不仅在中国这样的发展中国家，即使是西方发达国家，产品改型设计也是最主要的开发方式，既能降低开发成本，又缩短了产品开发周期。与此趋势相伴随的是，作为产品改型开发所必不可少的数字化测量技术得以迅速发展。这既是产品开发需求催生的结果，同时技术的不断发展也提升了产品开发的效率，两者相辅相成，共同发展。数字化技术，尤其在产品开发领域、产品逆向工程领域及产品质量检测领域，针对复杂曲面的非接触式、空间三维数字化测量技术变得越来越重要！短短几年间，数字化测量技术已从接触式过渡到非接触式，这得益于光学、材料科学、计算技术等等各相关技术领域的迅速发展。非接触式数字化技术已非常成熟，同时也派生出各种形式，使用也愈益方便、灵巧，测量精度也得到不断提高。有光学照相系统（如德国的COMET VariZoom），有激光扫描系统(如法国的KREON系统)。光学系统有定焦的、变焦的等等。激光扫描系统有单束激光、线状激光等等种类。这些系统可按不同的方法进行分类，如激光束的波长、激光发生器的不同等。由于是多个相关学科的综合发展，在数字化技术领域的提供先进技术的主要是西方的工业化国家。国内的一些主要用户基本上都是采用了进口设备，虽然国内也有研发企业，但无论是技术性能、产品可靠性、使用方便性等，还是市场影响无法与国外产品进行竞争。由于数字化技术设备系统的高科技特性及研发的成本高昂，因此其价格也相当昂贵。但他不是消费品，而是帮助企业赢利、发展的工具，因此得到相当多用户的认同。其应用领域也不断扩展，扫描对象也千差万别，牵涉到各个领域，有制造业如汽车、家电产品、有生物工程如人体工程产品制造、甚至在文物保护领域都有现实的和潜在的需求。但是数字化系统设备也不是万能的，由于用户需求的多样性，目前在市场上常见的数字化技术产品如线状激光和数字照相技术产品，一方面这些产品已进入成熟期，可靠性等已经过市场的检验，另一方面对扫描对象的处理也存在相当大的局限性，特别是针对一些特殊场合很难进行采样，如汽车内饰的某些局部区域，很难被采样到；又如一些需要固定的物体可能会有局部的遮挡形成死角部位，都很难被检测到；也大大影响这些产品的进一步推广。因此市场需要一种全新的数字化技术产品，要求系统与传统数字化产品一样具有高可靠性、使用方便，同时又能弥补传统数字化产品的不足，主要体现在定位灵活，尽可能多地适合不同场合的需要。日前，一款来自德国专业数字化检测技术研发公司Steinbichler Optotechnik GmbH的手持式扫描系统COMET T-Scan在业界引起了广泛注意；并于10月份，与其中国大陆的合作伙伴迅利科技有限公司（RP-Technology Ltd.）一起，在2002 北京CAD/CAM展示会上正式发布并展出了该系统。智能化、手持式的Comet T-Scan扫描器可以很方便地由任何人使用而不需专人使用，就像用一个刷子在曲面上刷漆一样，可以通过扫描器在曲面上移动来获得大量的高质量三维坐标点数据。（图片）由下图可知，T-Scan是由一个空间定位接收系统、控制器及手持激光扫描器构成。手持激光扫描器上有许多天线装置用于发射信号，而空间定位接收系统通过接收到的手持式激光扫描器发出的信号，就能精确定位手持式激光扫描器在空间的位置，从而可在坐标系中将工件表面数字化，获得点云数据。（图片）同时T-Scan还配有一套接触式的测量探针，来获取工件表面的某些特征点的坐标，这样即使工件在扫描过程中变动了位置，也能保证将不同位置扫描的结果组合到一起，以获得完整的数字化模型。 T-Scan不但能输出各种标准或专用的数据格式以方便后续的CAD软件造型、加工，而且能接收三坐标测量机的数据以建立车身坐标。这样就能将扫描的数字化点云模型整合到用户已有的CAD数模上（若有的话），或将通过不同数字化设备采样到的、或用户自己设计的模型在电脑上整合在一起，整正实现数字化样机的目标。尤其是该系统选用了对人体无害的激光束，体现了开发商的环保理念。而且工件表面不需要喷显像剂，一方面提高了精度，另一方面有助于保护工件的表面，尤其是一些表面经过特殊处理的工件。 T-Scan系统的测量原理（见图）：（图片）由一个多边形镜头定位的一根直线可视激光束（670nm，激光等级2），通过高频（10kHz）扫描来对物体表面进行扫描测量；应用三角定律，激光束在物体表面经反射后由激光接受器接收，然后经计算获得物体表面的位置坐标。而激光扫描器的六度空间位置（三个空间定位加三个转角）则由光学跟踪器来确定，该跟踪器会自动捕捉激光扫描器上共29个红外定位点中至少4个点，从而确定该激光扫描器的空间位置。通过移动扫描器，整个物体表面就能被记录下来。而测量下来的三维坐标点则会实时显示在计算机显示屏上。一个导航束用于确定在移动扫描器时能保持最佳的光束距离。 T-Scan系统的特点扫描宽度大：扫描宽度90毫米，对于较大物体也能保持较快的扫描速度；实时显示：在扫描过程中，扫描结果可以实时显示在计算机屏幕上，这使得扫描操作变得非常直观（像刷油漆一下简单）；激光等级2：由于采用等级为2的激光束，从而不需专门防护，对人体无害；可变的点云密度：由于可以在一根扫描激光束内调节点密度，使得我们可以自动获得高密度的物体轮廓线；点与点间饱合度控制：通过对激光束内点与点间饱合度的自动控制，使得即使在测量带垂直结构的物体时也能获得较高的精度，因此可避免针对被测物体的准备工作。通过预先标定好的扫描头获得绝对三维坐标：无论是激光扫描头还是光学跟踪器都处于已标定状态，因此用户不需要在现场进行繁琐的标定工作。测量体积大：工作范围在2米-6米，可以测量较大的物体。测量精度高：在标准测量范围内测量精度达0.03mm；与接触式测量间的通信：通过接触式测量确定点坐标，并能快速生成基准坐标系。正是基于T-Scan系统高精度、速度快且易学易用的特点，目前在欧美及日本等地区获得了巨大的成功，攘括了汽车整车开发、零部件设计、模具开发、家电设计、航空航天部件检测等制造领域，此外还被应用于如医学人体器官复制、文物测量保护等领域。我们相信，该系统的引进将进一步丰富我国制造业产品研发的手段！ 5/5/2005


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