1、三維視覺(jué)數字化概述
三維視覺(jué)數字化通過(guò)光學(xué)原理,通常在不用接觸物體的情況下,以多種方式掃描物體后,識別收集視野內空間每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標信息,使計算機得到空間的三維數據,并將實(shí)物三維信息轉換成為三維數字化模型。目前,三維視覺(jué)數字化相關(guān)產(chǎn)品已可廣泛應用于工業(yè)級及專(zhuān)業(yè)級的復雜場(chǎng)景中,并仍在快速拓展更廣的應用場(chǎng)景與領(lǐng)域。
在產(chǎn)業(yè)鏈方面,三維視覺(jué)數字化行業(yè)上游主要包括光學(xué)鏡頭、工業(yè)相機、激光發(fā)射器、電源供應系統、通信接口等零部件;三維視覺(jué)數字化數據采集軟件、三維數據處理及分析軟件、三維展示和處理的庫文件及算法支持等軟件服務(wù);激光打碼設備、自動(dòng)印刷設備、貼片設備、光學(xué)檢查設備、電子元器件焊接設備等生產(chǎn)設備。
三維視覺(jué)數字化行業(yè)中游則是根據產(chǎn)品不同的應用場(chǎng)景和下游終端客戶(hù)的不同需求,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品提供商可以為工業(yè)領(lǐng)域的三維視覺(jué)測量產(chǎn)品以及主要用于專(zhuān)業(yè)級等領(lǐng)域的萬(wàn)物數字化產(chǎn)品;三維視覺(jué)數字化行業(yè)下游應用領(lǐng)域可進(jìn)一步分為工業(yè)級、專(zhuān)業(yè)級等細分領(lǐng)域,其中工業(yè)級領(lǐng)域主要是汽車(chē)制造、工程機械、航空航天、交通運輸等行業(yè),專(zhuān)業(yè)級領(lǐng)域主要是醫療健康、教學(xué)科研、文物雕塑、3D打印等行業(yè),以及虛擬世界、游戲娛樂(lè )、3D感知等下游行業(yè)領(lǐng)域。
三維視覺(jué)數字化產(chǎn)業(yè)鏈圖解
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2、工業(yè)級三維視覺(jué)數字化領(lǐng)域典型應用場(chǎng)景分析
1)汽車(chē)制造領(lǐng)域
汽車(chē)開(kāi)發(fā)、模具測量、零部件測量、沖壓件檢驗、汽車(chē)車(chē)身檢測等場(chǎng)景和生產(chǎn)制造流程均對三維信息采集、分析、比對具有大量需求。目前,三維視覺(jué)數字化應用在汽車(chē)設計、制造、裝配、質(zhì)檢和維修等全周期階段,在傳統整車(chē)制造及新能源汽車(chē)領(lǐng)域均可專(zhuān)業(yè)、靈活、高效、便捷的三維數字化解決方案。根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國三維視覺(jué)數字化行業(yè)現狀深度研究與發(fā)展前景分析報告(2024-2031年)》顯示,2024年1-8月,我國汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)累計分別完成1867.4萬(wàn)輛和1876.6萬(wàn)輛,同比分別增長(cháng)2.5%和3%。長(cháng)期來(lái)看,隨著(zhù)汽車(chē)不斷發(fā)展和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平持續提升,將促進(jìn)三維視覺(jué)數字化行業(yè)市場(chǎng)需求增長(cháng)。
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三維視覺(jué)數字化在汽車(chē)制造領(lǐng)域應用分析
應用場(chǎng)景 |
簡(jiǎn)介 |
汽車(chē)設計階段 |
三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可用來(lái)優(yōu)化油泥模型的設計和改進(jìn)。在驗證模型、修改模型時(shí),三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可以實(shí)現對汽車(chē)油泥模型快速精準的掃描,更加完整、明確、高效、及時(shí)地記錄設計師的修改意圖和理念,捕捉車(chē)模的形狀特征,并獲取物體表面的點(diǎn)云數據。這些數據可用于建立CAD模型來(lái)記錄各個(gè)模型的修改版本,以及后續的數據存檔,進(jìn)而幫助汽車(chē)設計師縮短設計和建模周期。 |
汽車(chē)制造階段 |
三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可用于汽車(chē)整車(chē)及零部件制造階段。以沖壓鈑金件為例,通過(guò)三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品對沖壓件進(jìn)行批量化掃描檢測,汽車(chē)制造商可以快速獲取生產(chǎn)件和CAD圖紙之間的偏差值,同時(shí)提取沖壓件的表面偏差、孔徑、孔位置、孔間距等數據。在焊裝階段,可以對焊接分總成和焊接總成進(jìn)行尺寸檢測,保證產(chǎn)品一致性,基于三維視覺(jué)數字化技術(shù)檢測工藝帶來(lái)的更龐大和更完整的數據,汽車(chē)制造商能夠及時(shí)調整生產(chǎn)線(xiàn)的參數設置和流程工藝,提升產(chǎn)品良率。 |
汽車(chē)裝配階段在汽車(chē)裝配階段 |
由于汽車(chē)整體裝配過(guò)程較為復雜,部分孔位位置特殊,且裝配時(shí)容易出現誤差,通過(guò)三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品的使用,可以快速檢測汽車(chē)各部位孔位的位置度、相對位置關(guān)系以及裝配零件的形變等情況,例如汽車(chē)座椅與車(chē)身之間的干涉及匹配關(guān)系、車(chē)門(mén)內板與汽車(chē)內飾側板間隙與干涉情況等。 |
新能源車(chē)及配套系統 |
以動(dòng)力電池為例,動(dòng)力電池總成系統作為新能源汽車(chē)控制系統的核心,器件系統精密且復雜,難以避免生成制造過(guò)程中出現變形導致精密系統器件產(chǎn)生不良品質(zhì),同時(shí)新能源電池檢測要求精度高、檢測節拍高,傳統的檢測和掃描工具存在檢驗難度大、精準度不高、檢測時(shí)間長(cháng)、操作難度大等缺點(diǎn),而三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品,特別是跟蹤式3D視覺(jué)數字化產(chǎn)品所具有的輕量化設計、小巧便攜、穩定性強等獨特優(yōu)勢,使其可隨身攜帶至任何測量環(huán)境并進(jìn)行連續測量。 |
汽車(chē)后市場(chǎng) |
通過(guò)運用三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品,可以實(shí)現對車(chē)身部分的快速掃描,進(jìn)而快速獲取車(chē)身數據,并進(jìn)行定制化的開(kāi)發(fā),如汽車(chē)外形改裝,車(chē)衣制作、汽車(chē)排氣管改裝、汽車(chē)內外飾加裝等。 |
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2)工程機械領(lǐng)域
三維視覺(jué)數字化在機械制造領(lǐng)域可應用在產(chǎn)品設計、產(chǎn)品優(yōu)化、首件檢驗、裝配分析、質(zhì)量控制及仿真模擬等環(huán)節,助力機械制造型企業(yè)更為高效地完成生產(chǎn)制造需求。隨著(zhù)工程機械市場(chǎng)持續增長(cháng),將帶動(dòng)三維視覺(jué)數字行業(yè)需求上升。根據數據顯示,2023年,我國工程機械行業(yè)市場(chǎng)規模為6282.14億元。
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三維視覺(jué)數字化在工程機械制造領(lǐng)域應用分析
應用領(lǐng)域 |
簡(jiǎn)介 |
產(chǎn)品設計數字化 |
在產(chǎn)品設計階段,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可以用來(lái)改良機械設備的逆向設計工程。如在礦山機械這類(lèi)大型機械的逆向設計中,使用三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品掃描礦山挖斗及配件的表面,可以獲得被測對象高精度的三維數據,在兼顧死角的三維數據采集的同時(shí),也能弱化傳統方法中數據采集對外界光照的要求。 |
產(chǎn)品質(zhì)檢精細化 |
相比于接觸式檢測方式,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可以更快、更全面、更靈活地實(shí)現機械零部件的無(wú)損檢測。在無(wú)需移動(dòng)待測的大型設備的情況下,將掃描得到的數據和CAD數模導入檢測軟件中對齊,即可對關(guān)鍵尺寸偏差值進(jìn)行注釋和分析,得出完善的修正方案。同時(shí)可以基于掃描數據建立三維數據庫,實(shí)現數據的可追溯性,為零部件的后續保養維修提供依據。 |
產(chǎn)品驗收高效化 |
在產(chǎn)品驗收階段,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可以助力機械產(chǎn)品的驗收交貨流程。特別對于一些需要交付給海外市場(chǎng)的大型工業(yè)機械設備,在設備實(shí)物交付前,可以通過(guò)高精度三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品采集先出具產(chǎn)品的三維模型發(fā)給客戶(hù),客戶(hù)可將其導入檢測軟件,快速確認待交付的設備外形指標等是否符合要求,以及裝配點(diǎn)的尺寸是否合格。 |
產(chǎn)品維修便捷化 |
相較于需要依次局部測量且耗時(shí)長(cháng)的傳統測量設備,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可不受復雜環(huán)境影響,快速獲取鈑金件的整體表面點(diǎn)云數據,并提取諸多如曲面、同軸度、圓柱度等傳統檢具無(wú)法檢測的參數種類(lèi)。 |
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3、典型專(zhuān)業(yè)級三維視覺(jué)數字化應用領(lǐng)域分析
1)教學(xué)科研
在教學(xué)科研領(lǐng)域,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品的普及一方面提供三維信息和數字化模型,與3D打印設備等一起為科研過(guò)程提供更加全面完善的數據和技術(shù)支持,例如在智能制造領(lǐng)域,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可用于相關(guān)裝備制造的工程教學(xué)演示,通過(guò)三維視覺(jué)數字化技術(shù)在生產(chǎn)與教學(xué)中的結合,可為生產(chǎn)制造提供相應的技能培訓和科研創(chuàng )新支持,促進(jìn)裝備制造領(lǐng)域的持續創(chuàng )新與發(fā)展。近年來(lái),隨著(zhù)國家持續加大對教育行業(yè)投入和發(fā)展支持,教育經(jīng)費規模將持續增長(cháng)。根據數據顯示,2023年,全國教育經(jīng)費總投入為64595億元,比上年增長(cháng)5.3%,其中國家財政性教育經(jīng)費為50433億元,比上年增長(cháng)4.0%。
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2)醫療健康
三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品在醫療美容、生物醫學(xué)工程、骨科義肢、數字牙科等醫療健康領(lǐng)域均有廣泛的應用場(chǎng)景和大量的市場(chǎng)需求。受益于政策扶持和醫療器械研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步,我國醫療器械行業(yè)規??焖僭鲩L(cháng)。數據顯示,2019-2023年,我國醫療器械市場(chǎng)規模由6238億元增長(cháng)至11800億元。
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三維視覺(jué)數字化在手術(shù)領(lǐng)域應用分析
領(lǐng)域 |
簡(jiǎn)介 |
數字齒科 |
應用在口腔領(lǐng)域的三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品通過(guò)結合專(zhuān)業(yè)齒科3D打印等設備,可為醫生和患者提供成套的數字化齒科解決方案,大幅度提高齒科產(chǎn)品制作效率,另外可免除傳統工藝的復雜流程和人工誤差,實(shí)現數據到產(chǎn)品一步完成,保證包括口腔支架、牙模、隱形正畸牙套等在內的口腔和齒科產(chǎn)品的高品質(zhì)制作。 |
手術(shù)領(lǐng)域 |
在骨科手術(shù)中,三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可以輔助骨科手術(shù)機器人對患者病灶進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤定位,大幅度減少傳統敞開(kāi)式手術(shù)中需要的反復透視定位,大面積創(chuàng )口,和病人輻射暴露等問(wèn)題帶來(lái)的風(fēng)險。 |
骨科領(lǐng)域 |
包括彩色3D掃描儀等在內的三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品可以有較好的應用。例如在脊柱矯形場(chǎng)景下,通過(guò)使用對人眼隱形且安全的紅外結構光對患者的身體部位進(jìn)行掃描獲取人體精確的幾何特征;將掃描數據導入三維軟件,通過(guò)對患者的醫學(xué)CT圖像等和3D掃描數據進(jìn)行分析,設計出最合適的三維模型,最后結合三維打印設備打印出針對各個(gè)患者身形量身定做的三維矯形設備。 |
整形美容 |
以臉部整形應用為例,彩色三維視覺(jué)數字化產(chǎn)品通過(guò)投射對人眼無(wú)害的光源,獲取用戶(hù)面部包括額頭、鼻部、唇部、下顎等在內的三維外形數據和彩色紋理數據,對人臉高精度智能建模,實(shí)現面部三維數據測量診斷評價(jià),模擬手術(shù)變形,以及術(shù)后包括水平比例、高度比例、對稱(chēng)性等在內的模擬分析,輔助設計美麗整形方案,為醫患雙方提供精準模擬效果和直觀(guān)的展示,同時(shí)也為手術(shù)安全性和可靠性提供保障。 |

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