揭秘高鐵的3D“智”造，天遠(yuǎn)三維無(wú)線激光掃描系統(tǒng)

來(lái)源：每日科技熱點(diǎn)

導(dǎo)讀：2020年不少新線路是首次投入鐵路運(yùn)營(yíng)，比如全程可刷臉進(jìn)出站的京張高鐵，串聯(lián)革命老區(qū)的“最紅高鐵”等等，乘坐高鐵出行已經(jīng)成為更多旅客的首選。

中國(guó)高鐵的外觀設(shè)計(jì)可以說(shuō)是十分驚艷，尤其是車頭，辨識(shí)度非常高。當(dāng)一輛高鐵從眼前呼嘯而過(guò)的時(shí)候，中國(guó)速度著實(shí)讓人忍不住的驚嘆！科技改變了生活，那給我們出行帶來(lái)諸多便利的高鐵是如何制造出來(lái)的呢？今天就來(lái)帶你探秘高鐵車頭的玄機(jī)。

列車在高速運(yùn)行過(guò)程中，最大的敵人就是空氣阻力。當(dāng)列車速度超過(guò)每小時(shí)300公里時(shí)，80%的阻力來(lái)自于空氣，列車速度越快，空氣阻力越大，所以我們看到的車頭基本都是流線型，這樣的設(shè)計(jì)可以降低空氣阻力，節(jié)約能耗。

傳統(tǒng)車體材質(zhì)為鋁合金，由于人們對(duì)車體輕量化的要求越來(lái)越高，使用復(fù)合材料已逐漸成為了新的趨勢(shì)，例如車體和車頭前端部采用玻璃鋼、芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂等。那么問題就來(lái)了，新材料雖然具備很多優(yōu)點(diǎn)，但是變形量比起金屬更加難以控制，這就是本次主角出場(chǎng)的原因。

【案例來(lái)了】
主角介紹：高鐵車頭
用戶需求：需要檢測(cè)外形加工精度
數(shù)據(jù)要求：車頭外觀數(shù)據(jù)完整，精度mm級(jí)

嘗試過(guò)的測(cè)量方法·

檢測(cè)難點(diǎn)：車頭由新型復(fù)合材質(zhì)一次成型，尺寸大且具有復(fù)雜曲面

高鐵車頭是整個(gè)車體制作過(guò)程中工藝最復(fù)雜的部分，為了驗(yàn)證精度客戶試過(guò)多種測(cè)量方法，包括：

1-傳統(tǒng)人工測(cè)量
弊端：例如劃線測(cè)量或卡板測(cè)量，不僅測(cè)量耗時(shí)長(zhǎng)，而且不能檢測(cè)復(fù)雜曲面，很多尺寸及形位特征無(wú)法有效的檢測(cè)

2-接觸式測(cè)量
弊端：接觸式主要為打點(diǎn)測(cè)量，只能測(cè)量少數(shù)尺寸，不能進(jìn)行工件全尺寸偏差檢測(cè)。
另考慮到車頭是由新型復(fù)合材料制成，接觸式測(cè)量易引起外形輕微形變，因此更適合非接觸式測(cè)量。

3-部分非接觸式三維掃描儀
弊端：耗時(shí)長(zhǎng)，并且精度達(dá)不到要求

推薦方案：天遠(yuǎn)三維FreeScan Trak無(wú)線跟蹤式激光掃描系統(tǒng)
推薦理由：掃描快+精度高

也許你會(huì)問，已經(jīng)試過(guò)那么多種方法，這個(gè)設(shè)備能有多快？帶你回放整個(gè)掃描過(guò)程就明白了。

·掃描前：
傳統(tǒng)非接觸式三維掃描儀：只要掃描，必須先給掃描對(duì)象粘貼標(biāo)記點(diǎn)。只有貼好標(biāo)記點(diǎn)，掃描儀才能夠識(shí)別并獲取物體外觀數(shù)據(jù)。這么大一個(gè)高鐵車頭，光標(biāo)記點(diǎn)預(yù)計(jì)要貼1000-2000個(gè)！

使用天遠(yuǎn)三維公司（先臨三維子公司）研發(fā)的無(wú)線跟蹤式激光掃描系統(tǒng)FreeScan Trak，不貼點(diǎn)，直接掃直接出數(shù)據(jù)。省掉了貼3000個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的時(shí)間，這是不是快！

·掃描中：
使用過(guò)普通三維掃描儀的用戶可能都遇到過(guò)掃描過(guò)程中卡頓的情況。而天遠(yuǎn)FreeScan Trak掃描過(guò)程非常流暢，全程無(wú)卡頓。

另外普通三維掃描儀在掃描大型樣件過(guò)程中，因累計(jì)誤差因素，必須搭配相應(yīng)輔助設(shè)備進(jìn)行誤差控制（如攝影測(cè)量系統(tǒng)），勢(shì)必增加數(shù)據(jù)采集時(shí)間。如果樣件過(guò)大（比如車頭），甚至需要2套掃描儀同時(shí)工作。不僅效率低，精度也不理想。相比之下，如果只需要一臺(tái)FreeScan Trak，圍著車頭掃掃掃就好了，這是不是快！

·掃描后：
獲取的3D數(shù)據(jù)為asc,stl等格式，可直接與各類主流三維軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，例如：Geomagic Control X，不僅效率高并且數(shù)據(jù)可追溯。這是不是快！

揭秘天遠(yuǎn)FreeScan Trak為啥這么神奇呢？因?yàn)樗�有幾大法寶技術(shù)。

1-無(wú)需貼點(diǎn)：動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)
基于動(dòng)態(tài)光學(xué)跟蹤原理，系統(tǒng)可對(duì)掃描頭進(jìn)行跟蹤定位并實(shí)時(shí)精確測(cè)量目標(biāo)的三維形狀，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需貼點(diǎn)的高精度三維掃描。

（跟蹤儀）

2-高精度：計(jì)量級(jí)測(cè)量
精度高達(dá)0.03mm，分辨率高達(dá)0.05mm，系統(tǒng)重復(fù)性高。


3-靈活操作：有線/無(wú)線雙模式
即可使用有線工作模式，也可實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。當(dāng)使用無(wú)線工作模式時(shí)，光學(xué)跟蹤儀與掃描儀之間無(wú)需線纜連接，通過(guò)Airmaster快速搭建高速無(wú)線鏈路傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)標(biāo)記點(diǎn)、無(wú)約束的“無(wú)線自由”三維掃描。

新設(shè)計(jì)的高鐵車頭在正式運(yùn)營(yíng)之前，都要經(jīng)歷從概念設(shè)計(jì)-仿真分析-模型試驗(yàn)-線路實(shí)車試驗(yàn)這些不斷優(yōu)化的過(guò)程。高精度的車頭3D數(shù)據(jù)在整個(gè)過(guò)程中為研發(fā)人員提供了可靠的技術(shù)支撐。

除了車頭，在整個(gè)高鐵生產(chǎn)周期中，不論是車體、轉(zhuǎn)向架、車上下大部件、車內(nèi)設(shè)備甚至道岔等等都可以借助三維掃描儀快速、精準(zhǔn)的獲取三維數(shù)據(jù)，并且其中的部分環(huán)節(jié)還可引入自動(dòng)化檢測(cè)的解決方案。

縱觀整個(gè)制作過(guò)程，3D數(shù)字化技術(shù)的加入使得設(shè)計(jì)師和工程人員可以真正從傳統(tǒng)制造工藝中解放出來(lái)，專注于智能與創(chuàng)新。