基于3D扫描仪的逆向设计

高春

（山西天地煤机装备有限公司，山西太原030006）

0 引言

3D 激光扫描技术是近年来出现的新技术，又被称为实物再现技术，是测绘和逆向设计领域的一次技术革新，在国内外越来越引起研究领域的关注[1]。3D 激光扫描技术利用激光测距的原理，通过采集被测零件表面大量的点的三维坐标，再由这些点云构成三角面片，最终通过这些三角面片复建出被测零件的三维模型[2]。

由于科学技术的提高和3D 扫描、3D 打印技术的成熟，3D 扫描技术被应用于各行各业，尤其在逆向工程中备受青睐[3]，同样在煤矿机械领域得到了广泛应用。

本文以煤矿机械设备的零件为例，介绍激光测距的原理和点云数据的采集方法以及后续逆向设计中的关键步骤和方法。

1 3D 扫描仪的分类及原理

1.1 3D 扫描仪分类

3D 扫描仪的种类较多，有移动式和固定式之分、接触式和非接触式之分等，图1 是以接触式和非接触式分类的[4]。

图1 3D 扫描仪的分类

从点云数据的采集方法和便捷上来考虑，非接触式的采集方法既具备了速度快又具备精度高的优点，因而在逆向设计应用中最广泛，本文选用HandySCAN 3D 非接触式扫描仪进行点云数据的采集，外形如图2所示。

图2 HandySCAN 3D 扫描仪

1.2 3D 扫描仪激光测距的基本原理

3D 扫描仪激光测距的主要原理是双三角测距原理。扫描仪向待测物表面发射两束线激光，经待测物反射后由扫描仪摄像头接受。随着待测物表面与扫描仪的距离变化，摄像头感光元件上的激光光点的位置亦变化，可以得到待测物表面各点的距离数据，进而确定物体表面的空间位置。……