浅析3D 扫描在NB 产品中的应用（上）

一、引言

受益于全球移动办公的需求，笔记本电脑出货量的巨大基数。叠加全球疫情的影响，居家办公提升对笔记本电脑的需求。据统计，2020 年全球笔记本出货量为2.062 亿台，同比增长28.71%。2021 年全球笔记本出货量达2.461 亿台，同比增长19.35%。

图1：2016-2021 年中国笔记本电脑出口数量及增速

在这样的趋势下，如何提高NB 开发、制造水平是个大问题。要想在国际市场站稳脚跟，必须迅速提高NB 开发和制造的效率和精度。但在这过程中，对整个机构的尺寸有很强的要求，如果偏差太大，就可能达不到设计的实际效果。3D 扫描仪开始进入这一行业，有效地解决这一难题。依赖计算机图像处理技术和光学技术，更能立体、完善地展现客观零件的机构尺寸信息，同时也成为研发、制造的重要开发量测工具。

二、3D 扫描简介

3D 扫描是集光学、机电和计算机技术于一体的高新无损检测技术，能够对实物的空间外形、结构乃至色彩进行扫描，将立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，获得物体表面的准确空间坐标，为实物数字化提供了快捷、精确及方便的手段，提升产品质量，优化工艺流程，促进生产效率。

3D 扫描仪的光源一般为激光。激光以其单色性、亮度高、发散小等优点成为早期三维光学测量系统的首选光源。最新扫描仪的光源为蓝色激光，蓝光的波长更短，并且光源为LED 冷光源，光源能耗更低，抗干扰能力强，以及对环境要求低等特点，已经得到广泛应用。

3D 扫描仪可以实现最高效的全尺寸检测，可自由扫描工件的任意位置，精确分析任意位置的偏差。基于扫描数据，与3D 数模比较，生成颜色误差色谱、偏差注释、尺寸测量、几何公差检测和直观检测报告。

三、3D 扫描技术分类

3D 扫描是一种能够以多种方式扫描物件后，将其实物三维信息转换为3D数字化模型的一种技术，其主要分为两大类型：”接触式”和”非接触式”3D 扫描。这两大类型的区别，顾名思义即有无碰触到物件，碰到的为接触式，没碰到为非接触式。
在我们NB 行业，选用的是非接触式3D 扫描系统。

四、非接触式3D 扫描的测量原理

非接触式3D 扫描：采用最先进的三重扫描和蓝光技术(见图3)，投影设备将蓝光光栅投影到工件上，再由左右两个CCD 镜头摄取影像，最后经由软件的高度解析方法，运算出NB 工件的三次元点群。其测量面积为80 x 60mm，测量精度可达8um，结合GOM Professional Inspect 测量软件以及全自动转台可以将点云文件转换为实体模型，利用参数化测量，完成各种元素拟合以及测量，轻松完成重复性测量任务。

图3：蓝光技术+三重扫描技术

五、3D 扫描在NB 产品上的应用

随着3D 扫描测量技术的不断进步，其在NB 产品上的应用的范围越来越广泛，其中比较典型的主要包括：材料厚度分析、工件变形度分析、尺寸管控、卡钩分析、BOSS 柱分析等方面。
下面以NB A cover 为例，对其进行数字化检测分析。在没有3D 扫描介入前，A cover 各项检测多依赖检具和手动量测工具。3D 扫描对A Cover 的整个操作流程如下：
步骤1：A cover 喷粉。ATOS 测量头发出的蓝光没办法直接照射到这三种件：a、透明件；b、高反光件；c、黑色吸光件。所以在扫描之前，需要对被测物体的表面喷涂二氧化钛粉来处理，如下图4 所示：

图4：喷粉

步骤2：通过ATOS 高精度蓝光扫描检测系统进行三维扫描，将A cover 放置在转台的治具，转动转台，进行三维扫描（见图5）。（该工件结构较为复杂，在扫描时每次转动幅度可以相对较小，获取完整数据）
ATOS 采用蓝光技术和最先进的三重扫描，有效改善镜头畸变带来的数据误差，准确获取工件边缘高质量数据。
ATOS 最高精度可达0.008mm，且重复性精度稳定，同时获取的数据细节完整丰富，为后续的三维检测提供高质量的数据基础。

图5

步骤3：再利用GOM Professional Inspect 测量软件可以将STL 点云文件转换为实体模型，与原始设计数据相拟合，快速得到可视化偏差报告

（一）材料厚度分析

曲面材料厚度分析色彩图(见图6)，识别凹陷和缩痕的位置，直观反应材料厚度偏差。

图6：材料厚度分析

（二）变形度分析

与CAD 对比的曲面误差色彩图（见图7），完整的显示A cover 样品与CAD的误差分布，翘曲变形。更直观显示变形位置，精准分析周边曲线曲率的变化等，为工艺参数的调整提供明确的方向与数值。使得模具修改，调试，CNC 机加工这几个重要环节能够顺利开展，减少各环节测试的时间与频次，加快NB 整体生产进度，大大提高生产效率。

图7：变形度分析