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3D掃描講義 一、數位模型製作與3D掃描 『數位模型製作』係指透過電腦或數位裝置, 建立模型的數位資料檔案，並透過電腦輔助工程(CAE)、電腦輔助製造(CAM)、快速原型(RP)的技術輔助模型的生產與製造分析。 數位模型製作大致分成兩個系統, 如圖一: 1. 順向工程 傳統的數位設計產品或模型製造方式, 從電腦輔助設計CAD到電腦輔助分析CAE再利用電腦輔助製造CAM配合電腦數值控制CNC生產模具, 製造產品或模型的方式。 2. 逆向工程 針對一現有工件（樣品或模型，尤其適合複雜不規則的自由曲面）透過 (1)量測: 利用3D數位化量測儀器, 以接觸或非接觸方式準確、快速量測物體輪廓座標 (2)建構曲面: 建構、編輯、 計算、修改3D量測點資料 (3)檔轉:將量測的點資料轉至CAD/CAM系統, 修改成實體或封閉曲面 (4)加工: (A)由電腦輔助製造CAM軟體, 傳送至CNC加工製作模具。 (B)快速成型機（Rapid Prototyping）將樣品模型製作出來，再加以翻製。 圖一 數位模型製作系統 (智泰集團/tw/show.asp?id=27) 逆向工程使用配備：/tw/show.asp?id=27) 量測探頭：有接觸式（觸發探頭、掃瞄探頭）。非接觸式（雷射位移探頭、雷射干涉儀探頭、線結構光及CCD掃瞄探頭、面結構光及CCD掃瞄探頭）。 量測機台：有三次元量測儀、多軸專用機台、多軸關節式機械臂、及雷射追蹤站等。 點群資料處理軟體：雜訊濾除、細線化、曲線建構、曲面建構、曲面修改、內插補點等。 CAD/CAM軟體：一般PC級或工作站級CAD/CAM系統。 CAE軟體：執行各種分析，增加設計成功率。 CNC工具機：執行原型製作或模具製作。 快速成型機：模型產生（有光化學法、粉末成型法、繞線成型法、切紙成型法等等）。3D數位掃瞄系統在工業方面的應用，主要可分為接觸式。量測範較大，精度較高，但速度緩慢。高精度之掃瞄（0.03mm）以下,以接觸式較為實用，尤其在品質管制上，以接觸式為佳。非接觸式。量測時間短，精度較，一般小型件，表面深變化不大，精度要求不高，探頭很難進入之極小圓角之凹槽、凹線，表面柔軟件適合採用非接觸式。快速物體表面大量點資料，曲面重建。。/tw/show.asp?id=34與馬路科技) 表一 常見的工業3D掃描方式 非接觸式 1、 3D雷射數位掃瞄系統 : 專業掃瞄系統機型適用於模具設計、產品外型驗證、產品設計等 2、3D光學照相系統 : 藉由光柵投影在待測物面上，並加以粗細變化及位移，配合CCD Camera將所擷取的數位影像透過電腦運算處理，即可得知待測物的3D外型。 接觸式 3、掃描循跡專用機型；掃描循跡專用機掃描適用於工件外型特徵曲率變化小、不適用曲率大的工件表面等。 4、三次元座標量床 : 三次元座標量床過去一般以接觸式探針為主用於模具檢測、產品外型驗證、工件外型特徵變化大、幾何形狀等。近年也有非接觸式三次元座標量床。 2. 3D掃描技術比較 常用的工業3D掃描技術比較如表二。 表二 常用的工業3D掃描技術比較 (崑山科大網頁.tw/多媒體/逆向工程課程/1-5.shtml) 　 掃描循跡專用機 3次元量床 雷射掃描儀 量測方式 接觸式 接觸式 非接觸式 感測器 類比壓電元件 開關元件 光電元件 接觸壓力 20~30g 150g以上 無 量測精度 小於50μm 1μm 10μm～100μm 電子尺解析度 5μm 　 100～150μm 量測速度 140點∕ses 人力控制 1000～12500點∕sec 工件材質 接觸壓力容許的材質 硬質材質 不限 前置作業 校正基準面 設定座標系統 同左 需噴白漆 無基準點 量測死角 球頭半徑限制（面交接處之尖角） 同左 光學陰影處光學焦距變化區 誤差 均勻 隨曲面變化大 部分失真 三、3D掃描技術與應用 1. 3D掃描技術應用 (智泰科技/tw/show.asp?id=35) 3D行業是一個新興且高產值的行業, 3D應用包含領域很廣, 從藝術、科學、虛擬實境、動畫、工業設計…等行業都有快速發展。圖二是2D與3D產業的應用與產值預估。在3D產業中, 3D掃描是其中重要的一環。 圖二 2D與3D產業的應用與產值預估 表三 3D掃描應用 (智泰科技與通業科技) 工業及設計領域3D數位掃瞄系統與CAD、CAM、RP(快速原型)及CNC模具加工的整合應用方面，涵蓋的