1、三維視覺數(shù)字化概述
三維視覺數(shù)字化通過光學(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(nèi)空間每個點位的三維坐標(biāo)信息,使計算機得到空間的三維數(shù)據(jù),并將實物三維信息轉(zhuǎn)換成為三維數(shù)字化模型。目前,三維視覺數(shù)字化相關(guān)產(chǎn)品已可廣泛應(yīng)用于工業(yè)級及專業(yè)級的復(fù)雜場景中,并仍在快速拓展更廣的應(yīng)用場景與領(lǐng)域。
在產(chǎn)業(yè)鏈方面,三維視覺數(shù)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(yīng)系統(tǒng)、通信接口等零部件;三維視覺數(shù)字化數(shù)據(jù)采集軟件、三維數(shù)據(jù)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(shè)備、自動印刷設(shè)備、貼片設(shè)備、光學(xué)檢查設(shè)備、電子元器件焊接設(shè)備等生產(chǎn)設(shè)備。
三維視覺數(shù)字化行業(yè)中游則是根據(jù)產(chǎn)品不同的應(yīng)用場景和下游終端客戶的不同需求,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品提供商可以為工業(yè)領(lǐng)域的三維視覺測量產(chǎn)品以及主要用于專業(yè)級等領(lǐng)域的萬物數(shù)字化產(chǎn)品;三維視覺數(shù)字化行業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域可進一步分為工業(yè)級、專業(yè)級等細分領(lǐng)域,其中工業(yè)級領(lǐng)域主要是汽車制造、工程機械、航空航天、交通運輸?shù)刃袠I(yè),專業(yè)級領(lǐng)域主要是醫(yī)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、3D感知等下游行業(yè)領(lǐng)域。
三維視覺數(shù)字化產(chǎn)業(yè)鏈圖解
資料來源:觀研天下整理
2、工業(yè)級三維視覺數(shù)字化領(lǐng)域典型應(yīng)用場景分析
1)汽車制造領(lǐng)域
汽車開發(fā)、模具測量、零部件測量、沖壓件檢驗、汽車車身檢測等場景和生產(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,三維視覺數(shù)字化應(yīng)用在汽車設(shè)計、制造、裝配、質(zhì)檢和維修等全周期階段,在傳統(tǒng)整車制造及新能源汽車領(lǐng)域均可專業(yè)、靈活、高效、便捷的三維數(shù)字化解決方案。根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國三維視覺數(shù)字化行業(yè)現(xiàn)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,我國汽車產(chǎn)銷累計分別完成1867.4萬輛和1876.6萬輛,同比分別增長2.5%和3%。長期來看,隨著汽車不斷發(fā)展和生產(chǎn)過程自動化水平持續(xù)提升,將促進三維視覺數(shù)字化行業(yè)市場需求增長。
數(shù)據(jù)來源:觀研天下整理
三維視覺數(shù)字化在汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用分析
應(yīng)用場景 |
簡介 |
汽車設(shè)計階段 |
三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可用來優(yōu)化油泥模型的設(shè)計和改進。在驗證模型、修改模型時,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可以實現(xiàn)對汽車油泥模型快速精準(zhǔn)的掃描,更加完整、明確、高效、及時地記錄設(shè)計師的修改意圖和理念,捕捉車模的形狀特征,并獲取物體表面的點云數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可用于建立CAD模型來記錄各個模型的修改版本,以及后續(xù)的數(shù)據(jù)存檔,進而幫助汽車設(shè)計師縮短設(shè)計和建模周期。 |
汽車制造階段 |
三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可用于汽車整車及零部件制造階段。以沖壓鈑金件為例,通過三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品對沖壓件進行批量化掃描檢測,汽車制造商可以快速獲取生產(chǎn)件和CAD圖紙之間的偏差值,同時提取沖壓件的表面偏差、孔徑、孔位置、孔間距等數(shù)據(jù)。在焊裝階段,可以對焊接分總成和焊接總成進行尺寸檢測,保證產(chǎn)品一致性,基于三維視覺數(shù)字化技術(shù)檢測工藝帶來的更龐大和更完整的數(shù)據(jù),汽車制造商能夠及時調(diào)整生產(chǎn)線的參數(shù)設(shè)置和流程工藝,提升產(chǎn)品良率。 |
汽車裝配階段在汽車裝配階段 |
由于汽車整體裝配過程較為復(fù)雜,部分孔位位置特殊,且裝配時容易出現(xiàn)誤差,通過三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品的使用,可以快速檢測汽車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,例如汽車座椅與車身之間的干涉及匹配關(guān)系、車門內(nèi)板與汽車內(nèi)飾側(cè)板間隙與干涉情況等。 |
新能源車及配套系統(tǒng) |
以動力電池為例,動力電池總成系統(tǒng)作為新能源汽車控制系統(tǒng)的核心,器件系統(tǒng)精密且復(fù)雜,難以避免生成制造過程中出現(xiàn)變形導(dǎo)致精密系統(tǒng)器件產(chǎn)生不良品質(zhì),同時新能源電池檢測要求精度高、檢測節(jié)拍高,傳統(tǒng)的檢測和掃描工具存在檢驗難度大、精準(zhǔn)度不高、檢測時間長、操作難度大等缺點,而三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品,特別是跟蹤式3D視覺數(shù)字化產(chǎn)品所具有的輕量化設(shè)計、小巧便攜、穩(wěn)定性強等獨特優(yōu)勢,使其可隨身攜帶至任何測量環(huán)境并進行連續(xù)測量。 |
汽車后市場 |
通過運用三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品,可以實現(xiàn)對車身部分的快速掃描,進而快速獲取車身數(shù)據(jù),并進行定制化的開發(fā),如汽車外形改裝,車衣制作、汽車排氣管改裝、汽車內(nèi)外飾加裝等。 |
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2)工程機械領(lǐng)域
三維視覺數(shù)字化在機械制造領(lǐng)域可應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)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(jié),助力機械制造型企業(yè)更為高效地完成生產(chǎn)制造需求。隨著工程機械市場持續(xù)增長,將帶動三維視覺數(shù)字行業(yè)需求上升。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,2023年,我國工程機械行業(yè)市場規(guī)模為6282.14億元。
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三維視覺數(shù)字化在工程機械制造領(lǐng)域應(yīng)用分析
應(yīng)用領(lǐng)域 |
簡介 |
產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化 |
在產(chǎn)品設(shè)計階段,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可以用來改良機械設(shè)備的逆向設(shè)計工程。如在礦山機械這類大型機械的逆向設(shè)計中,使用三維視覺數(shù)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(shù)據(jù),在兼顧死角的三維數(shù)據(jù)采集的同時,也能弱化傳統(tǒng)方法中數(shù)據(jù)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,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可以更快、更全面、更靈活地實現(xiàn)機械零部件的無損檢測。在無需移動待測的大型設(shè)備的情況下,將掃描得到的數(shù)據(jù)和CAD數(shù)模導(dǎo)入檢測軟件中對齊,即可對關(guān)鍵尺寸偏差值進行注釋和分析,得出完善的修正方案。同時可以基于掃描數(shù)據(jù)建立三維數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯性,為零部件的后續(xù)保養(yǎng)維修提供依據(jù)。 |
產(chǎn)品驗收高效化 |
在產(chǎn)品驗收階段,三維視覺數(shù)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的大型工業(yè)機械設(shè)備,在設(shè)備實物交付前,可以通過高精度三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品采集先出具產(chǎn)品的三維模型發(fā)給客戶,客戶可將其導(dǎo)入檢測軟件,快速確認待交付的設(shè)備外形指標(biāo)等是否符合要求,以及裝配點的尺寸是否合格。 |
產(chǎn)品維修便捷化 |
相較于需要依次局部測量且耗時長的傳統(tǒng)測量設(shè)備,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可不受復(fù)雜環(huán)境影響,快速獲取鈑金件的整體表面點云數(shù)據(jù),并提取諸多如曲面、同軸度、圓柱度等傳統(tǒng)檢具無法檢測的參數(shù)種類。 |
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3、典型專業(yè)級三維視覺數(shù)字化應(yīng)用領(lǐng)域分析
1)教學(xué)科研
在教學(xué)科研領(lǐng)域,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品的普及一方面提供三維信息和數(shù)字化模型,與3D打印設(shè)備等一起為科研過程提供更加全面完善的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持,例如在智能制造領(lǐng)域,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可用于相關(guān)裝備制造的工程教學(xué)演示,通過三維視覺數(shù)字化技術(shù)在生產(chǎn)與教學(xué)中的結(jié)合,可為生產(chǎn)制造提供相應(yīng)的技能培訓(xùn)和科研創(chuàng)新支持,促進裝備制造領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展。近年來,隨著國家持續(xù)加大對教育行業(yè)投入和發(fā)展支持,教育經(jīng)費規(guī)模將持續(xù)增長。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,2023年,全國教育經(jīng)費總投入為64595億元,比上年增長5.3%,其中國家財政性教育經(jīng)費為50433億元,比上年增長4.0%。
數(shù)據(jù)來源:觀研天下整理
2)醫(yī)療健康
三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品在醫(yī)療美容、生物醫(yī)學(xué)工程、骨科義肢、數(shù)字牙科等醫(yī)療健康領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用場景和大量的市場需求。受益于政策扶持和醫(yī)療器械研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)不斷進步,我國醫(yī)療器械行業(yè)規(guī)??焖僭鲩L。數(shù)據(jù)顯示,2019-2023年,我國醫(yī)療器械市場規(guī)模由6238億元增長至11800億元。
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三維視覺數(shù)字化在手術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用分析
領(lǐng)域 |
簡介 |
數(shù)字齒科 |
應(yīng)用在口腔領(lǐng)域的三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品通過結(jié)合專業(yè)齒科3D打印等設(shè)備,可為醫(yī)生和患者提供成套的數(shù)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(tǒng)工藝的復(fù)雜流程和人工誤差,實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(nèi)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,三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可以輔助骨科手術(shù)機器人對患者病灶進行實時跟蹤定位,大幅度減少傳統(tǒng)敞開式手術(shù)中需要的反復(fù)透視定位,大面積創(chuàng)口,和病人輻射暴露等問題帶來的風(fēng)險。 |
骨科領(lǐng)域 |
包括彩色3D掃描儀等在內(nèi)的三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品可以有較好的應(yīng)用。例如在脊柱矯形場景下,通過使用對人眼隱形且安全的紅外結(jié)構(gòu)光對患者的身體部位進行掃描獲取人體精確的幾何特征;將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維軟件,通過對患者的醫(yī)學(xué)CT圖像等和3D掃描數(shù)據(jù)進行分析,設(shè)計出最合適的三維模型,最后結(jié)合三維打印設(shè)備打印出針對各個患者身形量身定做的三維矯形設(shè)備。 |
整形美容 |
以臉部整形應(yīng)用為例,彩色三維視覺數(shù)字化產(chǎn)品通過投射對人眼無害的光源,獲取用戶面部包括額頭、鼻部、唇部、下顎等在內(nèi)的三維外形數(shù)據(jù)和彩色紋理數(shù)據(jù),對人臉高精度智能建模,實現(xiàn)面部三維數(shù)據(jù)測量診斷評價,模擬手術(shù)變形,以及術(shù)后包括水平比例、高度比例、對稱性等在內(nèi)的模擬分析,輔助設(shè)計美麗整形方案,為醫(yī)患雙方提供精準(zhǔn)模擬效果和直觀的展示,同時也為手術(shù)安全性和可靠性提供保障。 |
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