仪器介绍 | 什么才是好的 3D 扫描仪？

您需要购买一台三维扫描仪。现在唯一的问题是确定从哪些方面着手。您知道 3D 扫描是什么，但对其了解尚不充分，无法做出明智的抉择。

我们将在本文为您提供相关信息，帮助您了解以下问题：

读完本文，您将能够根据自己的应用和预算选择适合自己的三维扫描仪，甚至还可以帮助和指导您的同事做出购买决策。

手持式三维扫描仪：技术基础知识

不同的 3D 扫描技术如何工作？

三维扫描仪使用不同的 3D 扫描技术采集构建 3D 模型所需的 3D 数据。可将三维扫描仪分为以下几类：

顾名思义，该技术采用三种元件：激光发射器、激光反射和摄像头，呈三角形放置。基于三角测量的 3D 激光扫描仪可投射激光线，这些激光线会反射到被测物体上。然后，摄像头会检测激光反射情况，从而评估物体形状、几何结构和纹理。

激光发射器、物体上的激光反射以及摄像头呈三角形放置

激光三角测量能够测量实物和环境。根据物体或环境的形状、几何结构或纹理，激光可照射到物体表面的不同位置。因此，反射激光束的角度和位置在摄像头视野中会有不同呈现。根据传感器上反射光斑的位置以及从激光源到传感器的距离，可以计算到物体的距离。

手持式激光 3D 扫描仪通过三角测量创建 3D 模型，即使设备处于运动状态也可以进行。使用参考特征（通常是被扫描表面的粘贴反射目标点）确定扫描仪的位置即可达到此目的。

选择基于三角测量的 3D 激光扫描仪的理由有多种。此类扫描仪虽然是便携式，但具有出色的精确度。因此，可将其用于具有振动和不稳定的生产环境，且不会影响结果的准确性。此外，价位不高，基本能满足您所期望的精确度水平。

结构光 3D 扫描仪也采用上述三角测量技术，但其使用的是结构光，而非激光。这种类型的 3D 扫描仪可将一系列光线投射到物体表面。然后，摄像头再测量投影图案的变形情况，并计算视野中每个点从 3D 扫描仪到物体表面的距离。用于 3D 扫描的结构光源可以是白色或蓝色。

与激光 3D 扫描仪相比，选择结构光 3D 扫描仪的主要原因是速度快。结构光技术并非同时扫描单个点，而是在几分之一秒内扫描整个视野，从而使扫描大面积区域的速度呈指数级增长。大多数结构光的光技术对眼睛也很安全。但结构光 3D 扫描仪对照明条件和反射表面比较敏感，使其很难在户外阳光下使用。

深度感应摄像头用于自动驾驶车辆，如机器人、拖拉机和叉车，可在无手动导航的情况下帮助其四处移动。这些设备通过光源（激光或 LED）在附近环境中投射光图像。传感器根据所获得的变化情况计算到达各个障碍物的距离，从而使车辆避开这些障碍物。通过这个过程，集成了深度感应摄像头的装置或设备可在自动行驶时做出实时智能决策。

深度感应摄像头的主要优势是简单方便、经济实惠。然而，测量精确度和细节层次会受到与被测物体的距离之影响。深度感应摄像头虽然能够检测物体是否存在，但其精确度水平使其无法成为精密测量仪器。

摄影测量使用摄影图像获得关于实物或其环境的 3D 信息。这种方法可以使用大型物体、建筑物或位置地点的重叠照片，并通过数学算法将其转换为 3D 模型或 3D 图像。摄影测量还可作为 3D 资源创建工具，用于创建逼真图像。

摄影测量的主要优势是对测量物体的尺寸没有限制。然而，由于摄影测量依赖图像，因此当物体的颜色相同且均匀时，则会存在一些限制。在此类情况下，生成的模型通常具有一些缺陷，这些缺陷会影响 3D 模型的测量精确度和细节。

激光探测及测距 (LiDAR) 技术能测量可变距离，通过激光或红外光瞄准物体或表面，并测量反射光返回传感器所需的时间。将此技术产品安装在无人机上，可以用于生成地球形状的高分辨率地图和数字 3D 图像，这通常用于测绘学、地理学、地质学或林业。还可将其用于自动驾驶车辆的控制和导航，此技术产品曾经安装在飞越火星地形的火星直升机“机智号”上。

激光雷达技术用于自动驾驶车辆的控制和导航，监测车辆之间的距离

尽管激光雷达图像是重现场景而不是拍摄照片，但与深度感应摄像头相比，该技术具有几种优势。摄像头提供 2D 环境图示效果，而激光雷达则显示更为精确的 3D 环境视图。此外，激光雷达可在夜间看到物体，因为其本身具有内置光源。相比之下，基于摄像头的系统需要足够的光线才能发挥最佳功能，因此，夜间的效果会变得不太可靠。

最为经济实惠的 3D 扫描仪让您无需支付高昂费用即可使用该款扫描仪。具有良好声誉的制造商通常提供入门级 3D 扫描仪，此类扫描仪拥有极具吸引力的精确度和足够的细节层次，可适用于不同的应用领域，包括文物保护以及受损物品、手工艺品收藏品和建筑模型的虚拟复制。

极具吸引力的价格是用户选择此类扫描仪的主要原因。尽管如此，这些设备作为 3D 测量工具仍然具有强大功能，可最大限度挖掘研究项目、学校活动或创造性活动的潜力。

此类经济实惠的即插即用 3D 扫描仪简单易用，可以作为一款极佳的入门级产品，帮助用户迈出 3D 扫描的第一步。学生和初学者可以充分利用其良好的性能水平，无需大量培训、设置或准备即可使用。

技术人员使用经济实惠的即插即用 3D 扫描仪扫描钻床

理想的专业级三维扫描仪旨在提高产品开发的效率，以及提高需要快速测量复杂部件和表面的逆向工程团队的工作效率。这些专业人士需要简单快速地扫描任意物体，无论其大小和几何结构如何，目标点较少且无需准备部件。对于采集具有足够细节层次的纹理和颜色而言，较高的图像分辨率至关重要。

专业级三维扫描仪具有即时网格化功能，并能无缝集成到 3D 建模和 CAD 软件中，因此在加速测量工作流程（从设置到实时扫描和即用型文件）方面是最高效的三维扫描仪。

此类扫描仪可满足技术创新者、专业人士和小型企业主的特定需求，因为他们需要开发出更好的产品来满足客户的需求和咨询，通过加快上市时间来获得竞争优势。

理想的计量级三维扫描仪通过其令人印象深刻的扫描质量和 ISO-17025 标准认证得到认可。“计量级”具体是指精确度、分辨率和测量的可靠性，这些指标使此类设备成为市面上值得信赖的三维扫描仪。

质量控制和质量保证专家或计量专家需要生成具有最佳扫描质量的高精确度 3D 测量结果和高分辨率图像，此类扫描仪即为这些专家量身打造，无论测量背景如何或环境是否稳定，都可以满足他们的要求。

利用计量级三维扫描仪，制造公司可将高公差特征的所有关键检测分配给坐标测量机 (CMM)，将其余的检测工作分配给三维扫描仪。制造公司可确保产品质量，改进对所报告质量问题的诊断，并通过遵循严格要求加速首件检测 (FAI)。

工程师使用计量级 3D 扫描仪扫描直升机发动机

您是否需要扫描整架飞机、整个汽车底盘或组装在发动机中的复杂元件？无论是几毫米还是几米，部件尺寸当然都是购买三维扫描仪之前最需要考虑的参数，因为扫描仪需要能够处理您必须捕捉的体积。不过手持式三维扫描仪如今已不存在尺寸限制方面的问题，用户可在部件周围任意移动设备，在几分钟内测量大量面积。

多功能性 — 能够使用单一设备测量各种尺寸和饰面 — 这是选择三维扫描仪之前需要考虑的另一个因素。一个可以在任何尺寸的光面物体和细节物体上采集3D数据的手持式三维扫描仪，无疑在任一测量工具包中都将占有一席之地。这是一项极具价值的投资，因为探测器可用于多种用途。

您是否具有较高的细节要求（例如，扫描较小的注塑部件或微小的机械齿轮）？网格分辨率越高，网格中包含的点就越多，点之间的距离也就越接近。这样可使 3D 模型更平滑、细节更清晰。这就意味着扫描质量更高，同时三维扫描仪的价格也会随之增高。

由于网格分辨率更高意味着细节更为清晰，也会生成更大、更复杂的文件，因此需要具有游戏质量的高端电脑来运行 3D 扫描软件以加载所采集的大量 3D 数据。

此外，如果扫描的是具有严格公差的关键特征，则扫描仪的测量值必须非常精确于部件的实际尺寸，这一点至关重要。如果您在航空航天领域从事质量控制工作，那么很可能希望拥有最高精度的三维扫描仪，获得最佳的扫描质量。通常情况下，价格和精确度直接关联。

网格显示较高分辨率和较低分辨率之间的差异

您需要多长时间来采集和处理 3D 数据？时间就是金钱，因此测量时间越短越好。由于 三维扫描仪具有即时显示功能，可在计算机屏幕上实时显示测量区域，因此可促进并加速扫描过程。

如前所述，由于结构光 3D 扫描仪具有光条纹，因此每秒可以测量更多点，这意味着可在几分钟内扫描大多数物体。因此，此类扫描仪可将 3D 数据快速集成到 CAD 或 3D 打印软件中。

通过即时网格以及与 3D 建模软件的无缝集成，加速了整个测量工作流程，对产品的开发速度也产生了积极影响，从而加快了上市时间。

从翼肋和纵梁到燃油喷嘴和涡轮泵，飞机由数千个不同尺寸和形状的元件组成，通常经过专门抛光和加工处理。必须根据严格的性能标准和公差控制每件产品的质量。

要达到此标准，该行业必须使用具有最高精确度且经过认证的测量仪器。毫无疑问，CMM 是精确度最高的计量设备，但使用此类设备耗费时间，且必须由经过培训且经验丰富的员工进行操作。由于需求较高，CMM 经常超负荷运行，并且常常达到瓶颈，导致生产力出现问题。

然而，有了计量级 3D 扫描仪，质量经理就拥有了更多选择。质量经理可以使用 CMM 检测高公差特征的关键尺寸，而其余控件无论其尺寸、形状和合金材料如何，都可以通过 3D 扫描技术进行处理。总之，最适合航空航天行业的三维扫描仪必须具有高精度，通过 ISO 认证且具备多功能性。

工程师使用计量级 3D 扫描仪扫描飞机机身内部

大型汽车制造商每小时、每天、每年生产的汽车数量惊人。质量控制和质量保证流程必须能与这样的生产力保持同步，以便在检测样品时保持产量，快速发现和修复生产线上的问题，从而限制停工期。

设计流程也极具挑战性，因为粘土模型建造商和数字建模人员必须将其与各自独特的工艺结合起来，才能创造出具有吸引力的汽车。为此，他们需要花费时间来改进其设计。他们必须能够在 CAD 和粘土之间快速转换，以便根据需要进行尽可能多改进。

建模团队还需要精确的 3D 测量和精细的细节层次，以了解粘土模型并做出更好的决策。这就是 3D 扫描技术的用武之地。适合汽车行业的三维扫描仪必须速度极快，并提供精准、高分辨率和精确的结果。

用于制造业和重工业时，测量系统必须承受经常发生振荡和振动的恶劣环境。这些系统还必须符合所需的精确度标准，并且具有多功能性，适用于各种各样的饰面、几何结构和尺寸。

由于检测部件和铸件可能较大且难以移动，因此用户必须能够轻松携带三维扫描仪，将其带到生产工厂、测量站或车间。此外，测量结果应能够无缝与现有工作流程集成，数据后处理应简单易行。

简而言之，最适合制造业和重工业的三维扫描仪应是便携式、精确且具有多功能的三维扫描仪。此类扫描仪还可与集成的 3D 软件平台完全协同工作。

用于制造业和重工业时，测量系统必须承受经常发生振荡和振动的恶劣环境。这些系统还必须符合所需的精确度标准，并且具有多功能性，适用于各种各样的饰面、几何结构和尺寸。

由于检测部件和铸件可能较大且难以移动，因此用户必须能够轻松携带三维扫描仪，将其带到生产工厂、测量站或车间。此外，测量结果应能够无缝与现有工作流程集成，数据后处理应简单易行。

简而言之，最适合制造业和重工业的三维扫描仪应是便携式、精确且具有多功能的三维扫描仪。此类扫描仪还可与集成的 3D 软件平台完全协同工作。

NDT 技术人员使用计量级三维扫描仪扫描弯曲的几何形状

因此，最适合石油和天然气行业的三维扫描仪是那些能够提供准确数据、可靠诊断和可追溯结果的扫描仪，此类扫描仪可使管道所有者和 NDT 服务公司高枕无忧。

医疗行业 — 特别是与矫形器和假肢服务相关的行业 — 需要使用非接触式设备捕获身体部位，以打造完美的身形并设计舒适的矫形器或假肢。

由于医生不是 3D 扫描专家，他们需要简单易用的三维扫描仪和用户友好的软件，以便在不需要大量培训的情况下快速掌握使用方法。此外，在任何环境下，都应该在不到五分钟的时间内准备好三维扫描仪，使整个过程无缝衔接，使患者完全放心。

因此，适合医疗行业的三维扫描仪应安全直观、设置快捷。这些扫描仪还必须具有多功能性，以采集身体的复杂器官形状。

将 3D 扫描技术融入到工程课程中的教学计划可演示最先进的技术，并为学生提供在该行业找到理想工作所需的知识。

负责授课的教师和研究人员在讲授课程时，必须根据真实的工业要求向未来的工程师讲解基本工程原理。要达到此要求，他们必须紧跟最新技术和趋势，如激光和结构光 三维扫描仪，这也有助于吸引学生的注意力和兴趣。

因此，最适合科学和教育领域的三维扫描仪是那些为行业中的高需求领域而设计的扫描仪，例如质量控制和逆向工程。即插即用设备和用户友好的软件对于学生有效学习 3D 扫描和教师快速成为 3D 扫描专家至关重要。

如前所述，价格和扫描质量直接关联。如果价格低于 1,000 美元，则三维扫描仪中的光学元件和摄像头无法产生逆向工程或产品开发等工业应用所需的质量水平。但是，对于休闲或创造性活动等基本应用来说，这些三维扫描仪可作为不错的入门级产品，此类应用不需要严格的精确度。价格低廉的三维扫描仪可帮助您更轻松地采集和处理数据，且不会让您为此投入太多经济成本。

如果您拥有一部 iPhone 或 iPad Pro，可能并未意识到您的设备相机模块已经集成了激光雷达。这意味着您具有像 Polycam、RoomScan LiDAR 或 Canvas 这样的 iPhone 应用：Pocket 3D 房间扫描仪可以扫描房间和物体，创建环境 3D 示图效果。这是了解 3D 扫描的绝佳方式，无需额外费用！

在此价格范围内，可能购买到具有文物保护应用（例如，将文物数字化）、医疗保健应用（例如，采集身体部位和创建定制矫形器和假肢）或教育应用（例如，向学生展示 3D 扫描的基础知识）所需精度水平的三维扫描仪。对于对细节层次要求不精细的物体来说，此类中等价位的三维扫描仪还是理想的 CAD 和 3D 打印入门级产品。

尽管如此，需要更高级应用（例如与质量控制、质量保证、产品开发和逆向工程相关）的专业人士应该将工业级三维扫描仪作为购买目标，因为其提供的扫描质量能达到精确再现所扫描物体之形状和复杂性的相关要求。

在此价格范围内，无论扫描物体的尺寸、形状、材料、饰面和复杂性如何，工业界和专业人士都可以依赖此类扫描仪提供其所需的精确度、速度和多功能性，用于验证部件的一致性和质量。虽然购买此类专业的工业用三维扫描仪的预算可能更高，但该扫描仪也可以测量更多数据，且速度更快、细节更清晰，从而为检测或产品开发节省宝贵的时间。

为什么计量级三维扫描仪价格如此昂贵？如果您已经读到此处，可能会询问此类具体问题，好奇是否应该现在就开始存钱购买一台顶级设备。首先，您需要确定您的需求和应用。一台价格低廉的三维扫描仪对于非专业应用（如家庭或学校使用）来说已足够。但是，如果您希望获得最高的扫描质量、精确度、速度和多功能性，请购买专业的工业用三维扫描仪。就是这么简单。这些三维扫描仪专为质量控制、逆向工程和产品开发等要求极高的应用量身定制。

其扫描质量是研发 (R&D) 中重要活动的关键部分。制造商必须投入时间和资源（包括人力和财力）来测试光学元件并开发软件算法。只有专业的工业用三维扫描仪才能提供工业应用所需的精确度、可靠性和严谨性。因此，其价格也更为昂贵。

然而，需要注意的是，其较高的价格并不只包括 3D 扫描设备。此价格还包括提供持续培训、软件升级、维修和租赁服务，以及您所使用语言的本地化支持。此外，此类扫描仪的设计目标是持续使用数十年，而价格低廉的三维扫描仪则不具备这种优势，这些扫描仪往往几年后就会被市场淘汰，而其供应商可能也会陷入财务困境。