三维激光扫描检测报告的解读
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意义 公正：第三方立场，方便SQE与供应商沟通 经济：节约设备、场地、人力及管理等的投入 先进：第三方实验室技术更新更快
36
4.3b SGKS实验室主要业务（面向全球客户）
第三方尺寸测量服务 Third Party Dimensional Measurement Services 传统首件检测 First Article Inspection (FAI) 高精度扫描快速样件检测 Inspection based on laser scanning 第三方尺寸验证及误差分析 3rd party dimensional verification / error analysis 逆向抄数 Digitizing for Reverse Engineering
指定区域
3.5 形位公差（GD&T）：ISO 8015/1101 & ANSI Y14
右上图：GD&T 用于测量指定的功能特征，而忽略其它非关联 区域。在此例中，边界和注塑留下的料口痕迹不用于评估平 面度 左图：GD&T用于测量功能特征相对于基准的位置，忽略其它 非相关区域。本例中，2个孔位置相对于基准A和C
91300.com
高精度三维激光扫描尺寸检测
Ultra Precise 3D Laser Scanning Dimensional Inspection
涂成生 Sam C. Tu
SGKS尺寸测量实验室 SGKS Dimensional Labs
无锡Wuxi 东莞Dongguan 宁波Ningbo 桂林Guilin
2013.6
1
1.1 品质评估金字塔
影响产品的装配、外形、功能等的 尺寸，需要做详细的公差分析
关键尺寸
在公差分析中影响最大并 在图纸中标出
整体外形与理想模型的误 差分析
外形误差分析
不要求在图纸上标出
其它非几何信息如材 质、表面处理、颜色 等均检测
首件全尺寸检测报告（Full FAIR） 功能测试
通常用表格或 说明形式出现
非接触测量，装夹容易、不需考虑测量基准，对人员要求降低 直接与产品的3D CAD模型比对获得误差值 报告直观、快速发现样品的尺寸错误，并可分析误差来源 减少设计图纸的尺寸标注 基于大数据GD&T分析，更加可靠 扫描后所有处理均可离线、远程处理、节省设备投入 可完成历史数据比较。如不同型号、不同批号之间的比较，首件和末件的
线测量，精度通过CMM等定位保 证，精度可控性较差
配不同的定位机构可测量不同大 小的产品，对特征多的产品（注 塑件、压铸件等）扫描有优势、 对超过150mm大小的产品的精密 扫描有优势
对环境和物体表面适应性较好
ห้องสมุดไป่ตู้
照相测量法Photogrammetry
基于结构光（测量死角较多） 通过特征点定位 间接测量（后处理）
2.5 三维激光扫描测量的局限性
三角形测量法的局限性
光学测量的局限性 （基于脉冲波的除外）
2.6 三维扫描测量技术应用分类
快速全尺寸检测：快、省、直观
逆向工程
16
17
三维激光扫描检测一般方法和报告解读
18
3.1 基于最佳拟合（Best-fit）的比对检测
扫描所得点云自动以最 佳误差与三维CAD模型
检测结果与人为因素关联较大
5
1.4 案例（美国GKS提供）
每个样件711个尺寸，其中2 个超差
从图纸理解、装夹、测量、 数据整理、到完成报告，总 共花费时间96小时
费用USD $9,600（按每小时 USD$100计算），前后共用 了12个工作日！
6
非接触高速三维激光扫描测量技术
文件产生和维护所需时间大幅减少
1.2 尺寸检测流程
#1 外形检测 FORM
#2 关键尺寸公差分析 FIT #3 功能测试 FUNCTION
是
测试完成
Form > Fit > Function
整体外观尺
否
寸合格?
是
关键尺寸符
否
合公差要求?
是
功能满足要
否
求?
1.3a 传统尺寸检测方法
采用三坐标、影像测量仪、高度尺等，速度慢、综合费用大， 一般用于关键尺寸
11
2.3a 三维激光扫描测头工作原理
三角形测量法 大数据处理技术
12
2.3b 三维激光扫描测量系统原理
点云数据：仅代表被测物 体表面特定点的位置，无 大小等属性
13
2.4 高精度激光扫描测量技术应用领域
Design 设计
Prototype Verification原型确认 New Part Development 新品开发 Material Variation 材料调整 2D to 3D Model creation 模型建立 Legacy Parts 旧零件 3D Model Verification 三维模型确认 Form Analysis 外形分析 First Article Inspection 首样检测 Functional Dimensional Analysis 功能尺寸分析
3.6 特征数据
特定的特征数据如下图，这些数据可以以图文形式在报告中显示。每个特征的允许偏差可以在软件中设定
特征属性举例。注意：孔边界总共 有22,059个测量点！
标注中特征的测量数据（T）和理论数据（R），同 时显示误差（D）
3.7a 剖面中的二维测量
因被测物体表面不平整等造 成点云厚度约0.008mm，而 理想的平面没有厚度
3.2b 基于功能特征的比对检测
.086
点云与CAD模型对齐后，每 一个点云按色谱和与CAD对
应点的误差被赋予颜色
颜色被转换并覆盖到CAD模 型上，经混合后以误差色谱
图形式显示
3.3 标注
颜色代表误差大小，标注 值为所选区域一个指定区 域的平均误差
手动选取
0.5 mm dia
自动选取
3.4 二维剖面分析
——更快、更省钱、更科学
7
2.1 高精度三维激光扫描全尺寸检测
精度可达0.02mm的三维激光扫描测量技术，测量速度高达每 秒25,000点以上，单位成本与传统方法相比大幅降低
与三维CAD原始数据直接完成比对并显示误差，检测点数高达 数百万个
采用图形和文字结合的检测报告
快速分辨产品是否合格，并可以对重点区域进行进一步的分析 或确认
比较分析，不必保留样品实物（虚拟仓库） 测量和分析均可自动完成 可批量测量完全相同的位置（基于CAD模型、采用软基准）
#1 优势：
缩短产品上市所需时间！
3.12 案例
其它
33
4.1 激光扫描与照相测量法的比较
三维激光扫描 3D Laser Scanning
基于三角测量法
通过CMM等机构定位 直接测量
匹配
点云数据覆盖在产品 三维CAD模型上
每一个点以色谱方式反映该点 与三维CAD模型对应点的距离，
即样件与理论模型间的误差
3.2a 基于功能特征的比对检测
C
A
ANSI Y14.5 ISO 8015 & 1101
B
在CAD模型上选定功能特征
使用功能特征的点云数据与CAD模型相应特 征完成全部点云与三维CAD模型的对齐
在产品开发生产过程中，如 果合理使用高精度激光扫描 测量技术，可以大幅缩短所
需时间
Manufacturing 制造
2D to 3D Model creation 模型建立 Legacy Parts旧零件 3D Model Verification三维模型确认 Part to Part Comparison 零件间比较分析 Multi‐Cavity Analysis 多穴样品分析 Multi‐Tool Analysis 多模具分析 First/Last Article Inspection 首、末件检测
最新版本的报告可以选 择输出3D的PDF文件。 点击首页图形，即可激 活3D显示。
注：需要下载最新版本 的Adobe Reader
3.9 检测报告中的统计
报告提供实测数据与理论数 据的整体比较的统计数据
3.10 多样件检测
系统可以完 成多个样件 的检测并统 计，整个流 程可以自动 完成！
3.11 采用三维激光扫描检测的优势
面测量，单幅测量精度高、速度 快，但多幅拼接容易产生误差累 积，精度可控性较差
适合测量特征少、平滑（冲压件 等）的小产品或中型产品（配不 同的组件）
对环境和物体表面适应性稍差 预处理和后处理较费事
34
4.2 如何选用非接触扫描检测技术？
精度和速度 市场上多数非接触扫描测量系统精度在0.05‐0.25mm之间。 用于公差在0.05‐0.10mm的产品检测，或要求不高的逆向。 高精度非接触扫描测量精度可达0.01mm，可用于设计公差 在0.03mm左右的尺寸误差检测和高精度逆向工程 测量和数据处理的自动化
37
4.4 SGKS激光扫描全尺寸检测案例
采用LDI-Surveyor激光扫描系统完成对产品样件的高精度、高密度 、高速度测量
中值平均
外侧平均
内侧或外侧平均只选 用高或低点来处理
2D尺寸的测量采用图示所 选测量点（绿色框内）。 “取平均”是测量时缺省 的处理方法
内侧平均
3.7b 剖面中的二维测量
测量类型
左图所示，测量结果同时以 表格形式给出。其中实测值 为Measured、理论值（CAD 值）为Norminal
3.8 检测报告首页
Industrialization 产业化
Process Variation 工艺调整 Tool Move 模具搬迁 Tool Replacement 模具更新 Tooling 模具 Tool Changeover 模具转换 Predictive Tool Wear 预测模具磨损 Tool Repair 模具维修 Capability Study 产能研究
通常需要测量很多尺寸来评估少数几个可能与CAD原始设计不 符的特征；无法评估图纸中未标注的尺寸误差
传统的误差分析主要基于技术人员对2D图纸的理解和解读， 这种解读可能因个人经验而不同
测量数据过于离散，无法确认产品的全面、真实的误差
4
1.3b 传统尺寸检测方法
劳动强度大、对人员要求高 需要多种专业设备，如CMM、Optical Comparator等 需要熟悉相关设备、并经过专业培训的技术人员 需要熟悉、理解产品图纸细节 容易出现撞针等事故 一旦出差错，通常只能重测
对被测物体适应性好，可以直接扫描油泥、塑料、橡胶、金属等（均匀反 射有利于后处理和精度保证），无需预处理
9
2.2b LDI‐Surveyor 超高精度三维激光扫描系统
基于Zeiss CMM测量机 基于Wenzel CMM测量
架的ZS系统
机架的WS系统
10
2.2c LDI‐Surveyor视频
数据处理服务 Data Processing Services 产品设计、开发、改型 Product design, development, modification 建筑、工厂等的三维数字化工程 3D modeling for building, factory, etc
尺寸测量解决方案 Dimensional Measurement Solutions 桥式三维高精度激光扫描系统Surveyor WS/ZS precise laser scanning 关节臂式三维测量系统LDI/SPACE arm and arm laser scanning 三坐标升级改造服务 CMM retrofitting/upgrading services 在线测量方案In‐line gauging solution
可靠性和可维护性 LDI激光扫描测头首次故障在5年以后，非常可靠 LDI激光扫描系统采用模块化，升级容易、维修成本低
35
4.3a 第三方尺寸测量实验室
服务内容 首、末件检验（FAI、LAI） 第三方测量（交付检验、责任判定） 模具及工艺检定（包括不定期抽检确定模具磨损等） 数据处理（三维建模、误差分析）
8
2.2a LDI‐Surveyor高精度三维激光扫描
扫描精度达0.01mm，是目前市场上精度最好的高速线激光三维扫描测量 系统
SLP250或SLP500激光测头
速度达75,000点每秒（第四代激光扫描测头）
可配硬测头兼作三坐标机用，是传统和非传统的最好结合，是快速快样件 检测的最有效工具
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4.3b SGKS实验室主要业务（面向全球客户）
第三方尺寸测量服务 Third Party Dimensional Measurement Services 传统首件检测 First Article Inspection (FAI) 高精度扫描快速样件检测 Inspection based on laser scanning 第三方尺寸验证及误差分析 3rd party dimensional verification / error analysis 逆向抄数 Digitizing for Reverse Engineering
指定区域
3.5 形位公差（GD&T）：ISO 8015/1101 & ANSI Y14
右上图：GD&T 用于测量指定的功能特征，而忽略其它非关联 区域。在此例中，边界和注塑留下的料口痕迹不用于评估平 面度 左图：GD&T用于测量功能特征相对于基准的位置，忽略其它 非相关区域。本例中，2个孔位置相对于基准A和C
91300.com
高精度三维激光扫描尺寸检测
Ultra Precise 3D Laser Scanning Dimensional Inspection
涂成生 Sam C. Tu
SGKS尺寸测量实验室 SGKS Dimensional Labs
无锡Wuxi 东莞Dongguan 宁波Ningbo 桂林Guilin
2013.6
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1.1 品质评估金字塔
影响产品的装配、外形、功能等的 尺寸，需要做详细的公差分析
关键尺寸
在公差分析中影响最大并 在图纸中标出
整体外形与理想模型的误 差分析
外形误差分析
不要求在图纸上标出
其它非几何信息如材 质、表面处理、颜色 等均检测
首件全尺寸检测报告（Full FAIR） 功能测试
通常用表格或 说明形式出现
非接触测量，装夹容易、不需考虑测量基准，对人员要求降低 直接与产品的3D CAD模型比对获得误差值 报告直观、快速发现样品的尺寸错误，并可分析误差来源 减少设计图纸的尺寸标注 基于大数据GD&T分析，更加可靠 扫描后所有处理均可离线、远程处理、节省设备投入 可完成历史数据比较。如不同型号、不同批号之间的比较，首件和末件的
线测量，精度通过CMM等定位保 证，精度可控性较差
配不同的定位机构可测量不同大 小的产品，对特征多的产品（注 塑件、压铸件等）扫描有优势、 对超过150mm大小的产品的精密 扫描有优势
对环境和物体表面适应性较好
ห้องสมุดไป่ตู้
照相测量法Photogrammetry
基于结构光（测量死角较多） 通过特征点定位 间接测量（后处理）
2.5 三维激光扫描测量的局限性
三角形测量法的局限性
光学测量的局限性 （基于脉冲波的除外）
2.6 三维扫描测量技术应用分类
快速全尺寸检测：快、省、直观
逆向工程
16
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三维激光扫描检测一般方法和报告解读
18
3.1 基于最佳拟合（Best-fit）的比对检测
扫描所得点云自动以最 佳误差与三维CAD模型
检测结果与人为因素关联较大
5
1.4 案例（美国GKS提供）
每个样件711个尺寸，其中2 个超差
从图纸理解、装夹、测量、 数据整理、到完成报告，总 共花费时间96小时
费用USD $9,600（按每小时 USD$100计算），前后共用 了12个工作日！
6
非接触高速三维激光扫描测量技术
文件产生和维护所需时间大幅减少
1.2 尺寸检测流程
#1 外形检测 FORM
#2 关键尺寸公差分析 FIT #3 功能测试 FUNCTION
是
测试完成
Form > Fit > Function
整体外观尺
否
寸合格?
是
关键尺寸符
否
合公差要求?
是
功能满足要
否
求?
1.3a 传统尺寸检测方法
采用三坐标、影像测量仪、高度尺等，速度慢、综合费用大， 一般用于关键尺寸
11
2.3a 三维激光扫描测头工作原理
三角形测量法 大数据处理技术
12
2.3b 三维激光扫描测量系统原理
点云数据：仅代表被测物 体表面特定点的位置，无 大小等属性
13
2.4 高精度激光扫描测量技术应用领域
Design 设计
Prototype Verification原型确认 New Part Development 新品开发 Material Variation 材料调整 2D to 3D Model creation 模型建立 Legacy Parts 旧零件 3D Model Verification 三维模型确认 Form Analysis 外形分析 First Article Inspection 首样检测 Functional Dimensional Analysis 功能尺寸分析
3.6 特征数据
特定的特征数据如下图，这些数据可以以图文形式在报告中显示。每个特征的允许偏差可以在软件中设定
特征属性举例。注意：孔边界总共 有22,059个测量点！
标注中特征的测量数据（T）和理论数据（R），同 时显示误差（D）
3.7a 剖面中的二维测量
因被测物体表面不平整等造 成点云厚度约0.008mm，而 理想的平面没有厚度
3.2b 基于功能特征的比对检测
.086
点云与CAD模型对齐后，每 一个点云按色谱和与CAD对
应点的误差被赋予颜色
颜色被转换并覆盖到CAD模 型上，经混合后以误差色谱
图形式显示
3.3 标注
颜色代表误差大小，标注 值为所选区域一个指定区 域的平均误差
手动选取
0.5 mm dia
自动选取
3.4 二维剖面分析
——更快、更省钱、更科学
7
2.1 高精度三维激光扫描全尺寸检测
精度可达0.02mm的三维激光扫描测量技术，测量速度高达每 秒25,000点以上，单位成本与传统方法相比大幅降低
与三维CAD原始数据直接完成比对并显示误差，检测点数高达 数百万个
采用图形和文字结合的检测报告
快速分辨产品是否合格，并可以对重点区域进行进一步的分析 或确认
比较分析，不必保留样品实物（虚拟仓库） 测量和分析均可自动完成 可批量测量完全相同的位置（基于CAD模型、采用软基准）
#1 优势：
缩短产品上市所需时间！
3.12 案例
其它
33
4.1 激光扫描与照相测量法的比较
三维激光扫描 3D Laser Scanning
基于三角测量法
通过CMM等机构定位 直接测量
匹配
点云数据覆盖在产品 三维CAD模型上
每一个点以色谱方式反映该点 与三维CAD模型对应点的距离，
即样件与理论模型间的误差
3.2a 基于功能特征的比对检测
C
A
ANSI Y14.5 ISO 8015 & 1101
B
在CAD模型上选定功能特征
使用功能特征的点云数据与CAD模型相应特 征完成全部点云与三维CAD模型的对齐
在产品开发生产过程中，如 果合理使用高精度激光扫描 测量技术，可以大幅缩短所
需时间
Manufacturing 制造
2D to 3D Model creation 模型建立 Legacy Parts旧零件 3D Model Verification三维模型确认 Part to Part Comparison 零件间比较分析 Multi‐Cavity Analysis 多穴样品分析 Multi‐Tool Analysis 多模具分析 First/Last Article Inspection 首、末件检测
最新版本的报告可以选 择输出3D的PDF文件。 点击首页图形，即可激 活3D显示。
注：需要下载最新版本 的Adobe Reader
3.9 检测报告中的统计
报告提供实测数据与理论数 据的整体比较的统计数据
3.10 多样件检测
系统可以完 成多个样件 的检测并统 计，整个流 程可以自动 完成！
3.11 采用三维激光扫描检测的优势
面测量，单幅测量精度高、速度 快，但多幅拼接容易产生误差累 积，精度可控性较差
适合测量特征少、平滑（冲压件 等）的小产品或中型产品（配不 同的组件）
对环境和物体表面适应性稍差 预处理和后处理较费事
34
4.2 如何选用非接触扫描检测技术？
精度和速度 市场上多数非接触扫描测量系统精度在0.05‐0.25mm之间。 用于公差在0.05‐0.10mm的产品检测，或要求不高的逆向。 高精度非接触扫描测量精度可达0.01mm，可用于设计公差 在0.03mm左右的尺寸误差检测和高精度逆向工程 测量和数据处理的自动化
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4.4 SGKS激光扫描全尺寸检测案例
采用LDI-Surveyor激光扫描系统完成对产品样件的高精度、高密度 、高速度测量
中值平均
外侧平均
内侧或外侧平均只选 用高或低点来处理
2D尺寸的测量采用图示所 选测量点（绿色框内）。 “取平均”是测量时缺省 的处理方法
内侧平均
3.7b 剖面中的二维测量
测量类型
左图所示，测量结果同时以 表格形式给出。其中实测值 为Measured、理论值（CAD 值）为Norminal
3.8 检测报告首页
Industrialization 产业化
Process Variation 工艺调整 Tool Move 模具搬迁 Tool Replacement 模具更新 Tooling 模具 Tool Changeover 模具转换 Predictive Tool Wear 预测模具磨损 Tool Repair 模具维修 Capability Study 产能研究
通常需要测量很多尺寸来评估少数几个可能与CAD原始设计不 符的特征；无法评估图纸中未标注的尺寸误差
传统的误差分析主要基于技术人员对2D图纸的理解和解读， 这种解读可能因个人经验而不同
测量数据过于离散，无法确认产品的全面、真实的误差
4
1.3b 传统尺寸检测方法
劳动强度大、对人员要求高 需要多种专业设备，如CMM、Optical Comparator等 需要熟悉相关设备、并经过专业培训的技术人员 需要熟悉、理解产品图纸细节 容易出现撞针等事故 一旦出差错，通常只能重测
对被测物体适应性好，可以直接扫描油泥、塑料、橡胶、金属等（均匀反 射有利于后处理和精度保证），无需预处理
9
2.2b LDI‐Surveyor 超高精度三维激光扫描系统
基于Zeiss CMM测量机 基于Wenzel CMM测量
架的ZS系统
机架的WS系统
10
2.2c LDI‐Surveyor视频
数据处理服务 Data Processing Services 产品设计、开发、改型 Product design, development, modification 建筑、工厂等的三维数字化工程 3D modeling for building, factory, etc
尺寸测量解决方案 Dimensional Measurement Solutions 桥式三维高精度激光扫描系统Surveyor WS/ZS precise laser scanning 关节臂式三维测量系统LDI/SPACE arm and arm laser scanning 三坐标升级改造服务 CMM retrofitting/upgrading services 在线测量方案In‐line gauging solution
可靠性和可维护性 LDI激光扫描测头首次故障在5年以后，非常可靠 LDI激光扫描系统采用模块化，升级容易、维修成本低
35
4.3a 第三方尺寸测量实验室
服务内容 首、末件检验（FAI、LAI） 第三方测量（交付检验、责任判定） 模具及工艺检定（包括不定期抽检确定模具磨损等） 数据处理（三维建模、误差分析）
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2.2a LDI‐Surveyor高精度三维激光扫描
扫描精度达0.01mm，是目前市场上精度最好的高速线激光三维扫描测量 系统
SLP250或SLP500激光测头
速度达75,000点每秒（第四代激光扫描测头）
可配硬测头兼作三坐标机用，是传统和非传统的最好结合，是快速快样件 检测的最有效工具