科普文章：手持式激光3D扫描仪简介及应用---李志岩
手持式三维扫描仪简介及其应用
哈尔滨吉星机械工程有限公司，质控部，李志岩
作者简介：李志岩、男、1997年生、毕业于哈尔滨应用职业技术学院、大专学历、现任哈尔滨吉星机械工程有限公司质控部助理工程师、主要从事产品全尺寸检测，模具、检具入厂检测验收，协助工程师完成不良品产生原因、不良品流出原因分析及现场质量问题处理等工作。
1.设备简介
1.1设备组成
手持式三维扫描仪通常包括光源(激光或白光等)、结构光投影器、两个(或 以上)工业相机、用于进行三维数字图像处理的计算单元,以及用于标定上述设备的标定板和标记点等附件。
1.2工作原理
扫描仪是一种利用双目视觉原理用来获得空间三维点云的仪器。工作时借助于扫描当前帧的标记点与标记点库进行匹配从而获得扫描仪和被测物体的空间位置,并通过激光发射器发射激光,照射在被扫描工件表面，再由工业相机来捕捉反射光,经计算得到工件的外形数据。如图1所示；
图1 使用扫描仪检测出口美国产品实拍
1.3设备优势
(1)扫描速度快，产品轮廓偏差呈现的很直观；
(2)无需长时间准备、不受时间限制；
(3)手持式便携扫描仪，随时可扫，不受任何位置限制（无论是在实验室、车间还是现场）；
2.标准配置
2.1 三维扫描仪
激光扫描仪是激光三维扫描系统最主要的部件，负责图像的采集。机器底部为设备铭牌，包含设备型号、机器编号等信息。如图2所示；
图2 三维扫描仪
2.2 快标板
校准标定板为设备精度校准部件，主要负责设备精度确认及校准。设备在长时间未使用，或者长途运输情况下，各个元器件之间的位置会发生微量偏移，这样，就需要通过标定板对设备进行校准。校准标定板为精密仪器，是保证设备精度的重要部件。如图3所示；
图3 标定板
2.3 USB线缆
数据连接线包含数据电源线与电源适配器，主要负责扫描仪与三维扫描软件之间的数据交换。如图4所示；
图4 USB线缆
2.4 电源适配器
电源适配器额定输入电压为100-240V，接入前请先确认电压，确保电压稳定。如图5所示；
图5 电源适配器
2.5 标记点
反光标记点为三维扫描仪耗材，主要用于扫描数据的实时拼接。如图6所示；
图6 反光标记点
2.6 加密琐
图7 设备加密琐
2.7 设备防水箱
设备防水箱具有防水、防尘、防挤压的特性，主要负责对设备的保护。设备全重6.5公斤，可直接带上飞机。设备箱勿摔、切勿正面承受50kg以上的力，长时间高频振动，可能会引起内部设备损坏，如有油污，需要及时清理。如图8所示；
图8 设备防水箱
3.设备使用及检测过程
扫描可以分为直接扫描和分步扫描两种方式；直接扫描，首先设置扫描参数，然后选择扫描激光点，开始扫描；分步扫描，同样首先设置扫描参数，然后选择扫描标记点，再对标记点进行优化，最后扫描激光点；
分步扫描相对于直接扫描能达到更高的扫描精度和灵活性，所以无特殊情况均采用分步扫描；
3.1硬件标定
首先，将扫描仪垂直对准于标定板，使中间激光与标定板中间对其；然后，调节扫描仪与标定板之间的距离，使圆对齐；最后，保持距离不变，调整扫描仪角度使梯形重合；进度条跳转，重复步骤，直到标定完成。 如图9所示；
图9 设备标定
3.2参数设置
通过设置扫描解析度来控制扫描点云的精细程度；通过调节曝光参数来调节扫描流畅度；通过调节扫描标记点/激光点来控制扫描方式；通过点击“开始”按钮选择红光/蓝光模式（仅蓝光设备）。如图10所示；
图10 参数设定
3.3标记点扫描
首先，在被测产品表面贴反光标记点，选择扫描标记点模式，从多个角度扫描标记点数据；然后选择“停止”按钮，点击“标记点优化”按钮，完成标记点优化功能；由于扫描仪正对标记点是测量精度最高，通过标记点优化功能，将重复采集同一个标记点的数据，将偏差较大的标记点剔除，从而达到更高精度。如图11所示；
图11 标记点扫描
3.4激光面片扫描
扫描激光面片（点）时，要注意扫描仪的角度和扫描仪与工件的距离，平稳移动扫描仪，使用激光将空白位置数据采集完全即可，软件开始处理所扫描的数据，等待数据处理完成，激光面片（点） 扫描结束。将激光点云组成的实体三维生成网格文件（STL）用于检测与评价。如图12所示；
图12 激光面片扫描
3.5分析评价
(1)产品检测，将扫描生成的实体数据与成品三维进行对比，分析被测产品是否存在变形，相关尺寸是否合格。如图13所示；
(2)逆向工程，可以通过扫描得到的STL文件进行逆向反求；
图13 分析评价
4.应用
三维扫描仪现在主要用于产品质量检测和逆向工程等，在电子、汽车、航空、模具等行业都有广泛的应用；
我司为保证产品质量，更快更有效判断产品是否合格及分析不良品产生真因，目前厂内已有精密检测设备十余台。真正做到技术领跑，质量护航；
