逆向工程

Artec Eva为退役建筑机械的圆形组件进行三维扫描。三维扫描之后被导出至Geomagic Design X逆向工程软件中，并作为制作实体模型的参考，制造替换零件。

在逆向工程领域，尽管偶尔也会采用其他数据采集方法，但无论是手动还是数字化方式，到目前为止，最流行的是三维扫描、CMM机器和CT扫描这三种方式。每种方法各有千秋，如何选择主要取决于您的应用场景、预算、技术使用经验和项目周期。

Artec Eva扫描仪制作的圆形组件3D网格模型

圆形组件CAD模型，可用于逆向工作

CT扫描是捕获物体内外部测量值的有效方式，通常被认为是医疗诊断的可靠工具。但是，在特定环境和应用中，CT扫描也是逆向工程的可行方案。CT扫描仪发射X射线穿过物体，大多不受视线的影响，可以捕捉内部特征、孔洞和空隙。 CT扫描仪通常发射X射线锥体，或X射线切片，然后将许多不同层次的数据组合成一个完整的3D模型。

EasyTom工业级CT扫描仪，CyberOptics Corporation供图

但CT扫描仪并非没有缺点。由于CT扫描利用辐射穿透被扫描的物体，所以，要捕获的物体需要能放入CT扫描仪的扫描架内，扫描架被牢牢密封起来，防止辐射泄漏，伤害操作人员。正因如此，CT扫描不适合大多数大中型物体。

要点：

虽然CT扫描仪的优势在于能够同时捕获物体的内外表面，但目前这种技术只适用于一小部分工业品。

一台可靠的CT设备价格可高达25万美元以上。除了价格不菲外，操作人员还需要经过专门的培训。CT扫描仪在扫描金属物体，甚至只是带有金属部件的物体时，还会偶尔出现缺陷。这是因为金属会吸收和发散X射线，当X射线照射到金属部件或部分表面时，会在扫描中产生条纹伪影。这严重影响了扫描精度。低密度金属（如铝）会比铁质材料（如钢）更容易扫描。

简而言之，除非您的扫描对象身材小巧、全塑料材质或是低密度金属零件，否则您就得花数小时的时间来处理扫描，专门用来去除伪影，试图复原扫描对象的实际测量值，也可能由于零件尺寸或材料密度的原因，根本无法扫描对象。

众所周知，三坐标测量机（CMM）能为检测和逆向工程提供极高的精度。它们采用预编程或由操作员控制的探头来记录物体表面的XYZ坐标值，一步步为物体几何构建三维形象。

两位工程师正使用CMM机检测机械部件

在有效合理使用的情况下，CMM机是一项成本不菲、功能强大的解决方案，能捕获许多不同大小和材料的物体。

大多数CMM机都非常笨重，通常固定在某处，很难移动至仓库或公司的其他地方。这也意味着，您无法前往客户所在地为其扫描，如果便携式CMM机精度不够，需要大型CMM机来凑的时候，您也不能带着它搭国际航班。另外，CMM设备的操作人员需要接受一定培训，还要花大量时间来安装设置、重新编程，而且设备会因意外的踢打、碰撞和振动而大受影响，如果没有及时发现，很可能会毁掉整个测量项目。

要点：

CMM机的触发式探头直接接触物体表面，能确保采集的3D数据异常准确。但其缺陷就是：机器无法探测探头无法接触到的表面；对各种材料可能造成永久性的损害；数据采集速度低等等。

由于大多数常用CMM机探头都需要与被测物体反复接触，因此需要提醒一点，这样的操作存在损坏物品的潜在风险，而且可能出现不够准确的情况。很多材料都可能受到CMM机探头的损伤，例如划痕、刮痕以及污点。在处理昂贵或极为珍贵的物品时，例如博物馆、私人收藏品和其他高价品，这类风险是绝对不能接受的。

就精度而言，在接触橡胶或硅胶等软表面时，探头很容易使物体变形，即便没有造成损坏，也会导致测量不准确。更麻烦的是，如果测量物体有凹面或其他难以接触的部分，CMM探头无法靠近，无法进行充分的接触，那么就必须通过CAD手动重建，这也会在一定程度上引入误差。

对于全世界成千上万的用户来说，专业桌面式、手持式和三脚架式三维扫描仪都是逆向工程等应用的好选择。CT扫描仪和CMM机的特点是价格高，笨重难移动，而且学习曲线陡峭，而优秀的三维扫描仪则完全相反。

结构光三维扫描仪首先对扫描物体表面发射闪烁的光线。光线反射到扫描仪传感器上，检测出因物体结构变化造成的光线扭曲，并在扫描仪软件中转化为数字形象。这种数字复制品，以三维多边形网格形式呈现，可用来创建逆向制作物体的CAD模型。

Artec Leo对沃尔沃XC90底盘进行三维扫描，对SUV的排气系统进行逆向工程。

结构光三维扫描仪的主要优势之一就是捕获速度。与CMM机或摄影测量法相比，最新专业结构光三维扫描仪甚至可以在短短几分钟内捕获大型物体，精度达到亚毫米级，而且无需接触。用光束扫过扫描物体时，不同扫描仪捕获速度不同，约为每秒100万到300万点。

Artec Studio处理沃尔沃XC90底盘扫描

使用结构光三维扫描仪，还能在笔记本电脑或扫描仪屏幕上即刻看到已经捕获的物体区域，以及正在扫描的面积。如果错过某个点，只需再挥动一两下扫描仪就能顺利弥补。

最后，结构光三维扫描仪使用绝对安全，不仅操作人员安全，围观人员和被扫描人员也同样安全。这就是为什么结构光三维扫描仪在医疗领域被广泛接受的原因。

三脚架三维激光（LiDAR）扫描仪能分为两类：飞行时间与相位式扫描仪。飞行时间型（ToF）扫描仪将激光射向室内或室外的物体与场景，然后测量光线反射到扫描仪传感器所需的时间，以此来计算扫描仪与物体间的精确距离。感应器还会检测反射光强度。

而相位扫描仪周期式发射激光脉冲。激光脉冲反射至扫描仪传感器，通过特殊的处理算法测算相位延迟，以计算扫描仪与物体/场景间的精确距离。

用三脚架支撑Artec Ray，对近海船舶的甲板进行三维扫描。

根据接收的数据，以高分辨率点云的形式为物体或区域进行数字渲染。扫描软件可以将这些点云转化为多边形网格。随后，这些网格可用于各种用途，包括生成逆向工程CAD模型、进行虚拟飞行浏览、构建平面图等。

激光远距三维扫描仪可以轻松捕获大型和巨型物体与场景，且精准度令人惊叹。工作距离支持1米到100多米，像这类优秀的扫描仪已经开始为汽车、喷气式飞机、超级游艇，甚至整个工厂车间制作计量级3D模型。

利用强大的三维扫描软件，远程激光扫描仪捕获的数据可以与手持式三维扫描仪的数据轻松合并，来制作一个包含物体或场景所有几何与表面的完整3D模型。比如，使用远距离激光扫描仪捕获飞机完整结构，再使用手持式三维扫描仪采集驾驶舱和机舱的仪表盘与其他精密细节，从而实现现代客机的逆向工程。

远距激光、桌面式和手持式结构光三维扫描仪操作十分方便，即使是学生也能在短短几小时内学会如何捕获各类尺寸的物体。扫描仪便于携带，因此适合室内外使用，也方便前往客户所在地。

与CT扫描仪和CMM机所需的工作时间相比，桌面式和手持式三维扫描仪捕获同样的物体，只需要很短的时间，从而大幅降低操作人员的疲劳程度，提高生产力。三脚架激光扫描仪甚至可以解放双手。您只需将三脚架放在合适的扫描位置，然后启动扫描程序。

要点：

对于绝大多数逆向工程项目而言，优秀的三维扫描仪速度快、使用安全且方便，精度达亚毫米级，能应对从小到大的各类物体。

根据扫描物体或区域的特点，可根据需要重复操作，实现表面全覆盖，包括凹面和组件。

综上所述，涉及到逆向工程时，无论是一枚钻戒还是重型机械、飞机、建筑物等巨型物体，专业的桌面式、手持式和远程三维激光扫描仪都是成熟的解决方案，让您出色完成任务。