3D逆向掃描是逆向工程中取得實物表面幾何資料的重要步驟。透過3D掃描設備擷取物件的形狀與尺寸，建立點雲或網格，再依需求進行曲面重建與CAD建模，可協助企業處理原始圖面缺失、零件重製、設計修改等工作。
不過，掃描完成不代表已取得可直接修改的CAD模型。選擇方案前，需要先確認工件條件、精度要求與交付成果，再評估自購3D逆向掃描設備或委外服務。
本文由通業技研整理3D逆向掃描的原理、應用與導入評估重點，協助您從實際需求出發，找到合適的方案。
3D逆向掃描知識入門
3D逆向掃描是什麼？原理與建模流程
透過掃描設備取得實物表面的三維資料， 作為零件重建與設計修改的依據。 若需建立可編輯的CAD模型，通常還需進一步建模。
四步驟，掌握掃描原理
以常見的雷射三角測量與結構光掃描為例
投射光線
將雷射線或結構光圖樣投射至物件表面。
擷取影像
由相機記錄光紋隨物件形狀產生的變化。
計算座標
依光學幾何關係，計算表面各點的三維位置。
整合資料
對齊多角度掃描資料，形成點雲或網格模型。
雷射掃描
常見的雷射三角測量式掃描器， 透過相機觀察雷射線的位置，計算物件表面座標。
結構光掃描
投射已知光紋，由相機記錄圖樣變化， 再透過計算重建物件表面形狀。
掃描之後，如何建立CAD模型？
- 實物掃描
- 資料整理
- 逆向建模
- 尺寸與偏差驗證
掃描資料經整理後，可用來重建曲面或實體模型， 再確認尺寸與偏差。若工件已磨損或變形， 建模時仍需評估修正。
什麼情況需要3D逆向掃描機?
無論是產品開發或者掌管公司的品管部門，常需要一些輔助工具來協助測量產品的外觀尺寸(如厚度、孔徑等)，傳統手工量具、檢測：例如游標卡尺、高度規、分釐表或者2.5D光學投影機，多半能應付產品的長度、深度、孔徑(距)、角度、2D外型輪廓等簡易尺寸。
但使用傳統手工量測檢測卻會遇到以下狀況：
- 卡尺等接觸式量具易有人為量測誤差
- 量測手法、角度過大等誤差產生
- 無法檢測整體變形趨勢/幾何公差等
- 大型複雜工件無法有效量測
- 無法量測3D造型有曲面的相關產品
而三次元量測檢測雖然也是市面上常見的3D量測解決方案，不過面臨的技術問題為下：
- 三次元量測結果無法及時分析應用、報告輸出
- 多孔徑、多尺寸、工件形狀複雜，量測多個尺寸困難又耗時
- 設備技術門檻高、治具架設、定位水平、原點架設之重複性問題
取代傳統測量方式
使用3D逆向掃描機的三優勢
- 不破壞掃描工件提供精準、真實的3D掃描
- 掃描資料與標準件進行對比，能輕鬆瞭解工件的加工尺寸及誤差分佈情況
- 掃描死角少、複雜曲面、幾何公差等用傳統方法難以獲取檢測的資料，也能透過3D逆向掃描機的技術輕而易舉地獲取
而通業技研身為3D領航家，旗下代理的3D掃瞄機器品牌會根據市場趨勢以及設備優勢定期調整，以便協作不同產業，如醫療、航太、汽車、消費性（電子）產品、鍛鑄造、手工具、教育、考古藝術…等3D掃描應用。
3D逆向掃描機應用介紹
既然選擇3D逆向掃描機取代傳統量具，那你預計用在哪些方向？
3D掃描應用 ⇢ 3D逆向工程
逆向設計是什麼？將已經存在的產品，利用數位化軟硬體工具，反向擷取其設計參數的過程，稱作為逆向設計。逆向設計 = 逆向工程(掃描+點雲編輯+網格處理+曲面建立) +參數設計(擷取掃描資料之隱含設計參數並建立特徵與模型樹狀記錄資料)。
進行3D逆向工程的原因有很多，包含以下：
- 原廠設計已經遺失、損毀、無法還原，或者資料檔案無法開啟、格式無法修改時。會透過3D逆向掃描機還原3D檔案，以便快速取得數位資料。供設計改良使零件使用更久或者原廠所提供的檔案或元件與設計不符合需重新製作。
- 分析競爭對手產品的優缺點，通常都會偏好使用 3D 掃描機器的技術來提取尺寸資訊並將這些資訊表示為點雲或自動即時網格，進一步改進自身產品品質 。
- 縮短產品重製設計時間， 運用3D逆向掃描機快速擷取設計概念，取代傳統人眼靠手工重新繪製的時間。
√ 汽車產業的3D逆向工程應用
改裝車 世界知名汽車工廠West Coast Customs憑藉Artec 3D掃描機器掃描汽車、零部件等其他元件，為名人和企業客戶設計生產獨一無二的改裝車型。
汽車座椅 適合以手持3D逆向掃描機不破壞工件為前提，提供精準、真實的3D量測數據進行逆向工程。
汽車車身 針對黑色高級車的車身進行3D掃描適合以Creaform 3D雷射掃描機器協作，因為一般來說黑色會吸光較不易採集3D數據，以往會噴上一層消光漆做為前處理，但雷射卻可以解決這個問題，加上Creaform品牌以計量級等級高精準度的3D掃描機器機聞名。
汽車底盤 逆向製作汽車部件是一項充滿挑戰的工作，尤其是一些現代高性能車，設計精準度要求非常嚴格，新部件必須完美貼合汽車的現有結構和技術要求。
√ 醫療衛生產業的3D逆向工程應用
使用Artec手持3D掃描機器為迅速及準確患者殘肢，隨後輕鬆簡單快速整合3D量測數據並取得逼真的3D殘肢模型。
整形醫師使用Artec手持3D掃描機器對客戶臉部進行三維掃描並3D列印面具，透過精準擷取3D彩色數位資料，為患者展示確切的期望以說明手術可及的範圍，達到有效溝通。
斯旺西大學使用Artec Eva手持3D掃描機器捕獲包括鯊魚、海豚、海龜在內的海洋生物，獲得準確的3D量測，以製作並列印定制標簽，實現最先進的海洋生物追蹤技術。
√ 航空產業的3D逆向工程應用
Creaform 3D逆向掃描解決方案不僅可逆向建模飛機內、外部數據，更提供飛機表面檢測軟體模組，同時滿足逆向工程和品質控制需求，提高飛機維修和檢測效率。√ 藝術設計產業的3D逆向工程應用
Artec 手持3D逆向掃描機協作多部知名電影與遊戲，為虛幻形象製作逼真的數位替身，打造最終栩栩如生的成品3D掃描應用 ⇢ 品質檢測與管理
運用3D掃描機器擷取產品本身的3D數位資料，再與原本的3D CAD檔案進行比對，即可進行3D掃描應用之一：3D檢測。透過提供3D檢測設備、掌握生產製造過程、改善製程能力以及提高品質管理，使 QC 品質控制和 QA 品質保證工程師和經理能夠測量尺寸，驗證所製造的零部件的品質，並找出檢測過程中所發現問題的根本原因。進行QA品質管制掌控的五大目的：
- 降低生產成本
- 提高產品品質
- 縮短交貨時間
- 增加銷售數量
- 提供公司形象
√ 航空產業的3D檢測
為維護在役飛機而執行 NDT 檢測的維護、修理和檢修(MRO) 公司、飛機製造商和航空公司需要在不損失精度的前提下盡可能快地完成評估。因此採用Creaform雷射3D掃描機器進行冰雹損壞檢測、襟翼和擾流板維護、飛機事故分析(分析任何表面或紋理上的各種損壞形式的解決方案)。
√ 重工業(鑄造)產業的3D檢測
選用Creaform雷射3D掃描機器運用至石油和天然氣產業對於管道完整性量測的無損檢測(NDT)。
鑄造產業受限大型鑄件不易移動，為了要迅速精準完成工作，輕鬆實現CAD 比對、重新改裝以及3D逆向工程，適合選用手持3D掃描機器加強品質控制、增強3D量測功能。
自購3D掃描機器還是外包請專家處理3D掃描好?
最後，既然傳統的量測工具無法滿足，也確認了自己對於3D掃描應用，那麼究竟還有哪些需要留意？以便您決策委外廠商處理三維量測或者自行購入3D逆向掃描機?
☑ 專業力
若公司內部沒有3D人員，建議委外廠商處理即可，無需自行導入設備，畢竟逆向3D掃描機都會結合前端的數位資料處理能力。
☑ 保密性
若公司有新產品開發保密性問題且擔憂將3D檔案委外廠商處理恐造成資料外洩，多半有開發能力的公司，都會採取內部自行處理，降低設計外洩風險。
☑ 產品屬性
預計掃描的產品也將影響您購入掃描器的主因，比如產品透明或過度反光卻無法噴漆？產品過大不易搬遷或者不方便運送第三方處理三維數據？
☑ 彩色紋理或精準度
對於模具產業或者消費性電子產業，多半要求掃描精確度高，而對於考古應用或者醫療應用則需要3D掃描機器的色彩擷取能力。因此選購設備前務必搞清楚自己最重視哪一個條件。
▸ 大型鑄件不易移動，因此多半使用方便性高的手持3D 量測。
▸ 光亮面物件得選用3D雷射掃描技術方能擷取3D數位資料
自購設備與委外服務比較表
| 評估項目 | 自購設備 內部建立掃描與資料處理能力 | 委外服務 依專案需求委託服務商執行 |
|---|---|---|
| 使用頻率 | 適合持續且經常性的需求 | 適合單次、偶發或尚未穩定的需求 |
| 人員能力 | 需培養設備操作與資料處理能力 | 由服務商執行，內部仍需確認規格與驗收 |
| 逆向建模 | 需另評估建模軟體及人員能力 | 需確認是否包含CAD重建與偏差驗證 |
| 成本結構 | 設備、軟體、訓練、維護及人力成本 | 依工件條件、處理範圍及交付成果計價 |
| 時程安排 | 可自行排程，仍受設備與人力限制 | 需確認服務商排程及交期 |
| 資料管理 | 可在內部建立存取與保存規範 | 需約定保密、傳輸、保存及刪除方式 |
| 現場作業 | 需確認設備與人員是否適合現場條件 | 可詢問是否提供到場掃描 |
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