激光扫描仪(Laser Scanner)和2D激光轮廓仪(Laser Profile Sensor / Line Scanner)本质上都基于激光测距(通常是三角测量或TOF),但数据维度、应用场景、系统复杂度差异很大。

维度 毫米波Radar 车载激光扫描仪 LiDAR 手持激光扫描仪 2D激光轮廓仪 Line confocal imaging
代表产品 TI IWR6843 Velodyne VLP-16 Shining TE19 Keyence LJ-V7000 Keyence CL-3000
输出 距离 + 速度 + 角度(稀疏点云) 3D点云 (X, Y, Z) 高密度3D点云/网格 2D轮廓线 (X-Z) 2D轮廓(X-Z)
精度 cm级 cm ~ mm级 0.023mm μm级(1–10 μm) 亚μm级(0.1–1 μm)
重复精度 一般 一般 较好 很高 极高
噪声 较大 中等 中等 很低 极低
横向分辨率 很低 低~中 极高(几千点/线) 很高(光学级)
帧率 / 采样率 高(kHz) 5–20 Hz 10–30 FPS kHz级(轮廓频率) kHz级(线扫描)
测量方式 电磁波反射 激光TOF/旋转扫描 激光三角测量 激光三角测量 共焦光学(Chromatic confocal)
波长 毫米波(~4mm) 905nm / 1550nm 450nm 蓝激光 50 nm 蓝激光 白光(多波长)
典型量程 0.1–100 m 1–100 m 300 mm(精细扫描 200 mm 10–500 mm 1–100 mm
典型应用 自动驾驶感知 自动驾驶/机器人 3D建模/逆向工程 工业检测(尺寸/缺陷) 精密测量(半导体/玻璃)
  1. 结论:Apple、TSMC 等精密制造大量使用共焦,而汽车工业几乎全部使用激光轮廓仪。

  2. 1 mm = 1000 μm = 1,000,000 nm

    计量级CMM ±0.0005 mm 实验室标定、超精密制造

为什么工业界几乎不用3D scanner做检测

而用2D profile。可以从信息论噪声传播两条线理解。

  1. 工业检测要的是稳定、可控、可量化的不确定性
    1. 2D激光轮廓仪把采样“压缩到一条线”,从而信息更集中、噪声更可控、误差传播更简单
    2. 而3D扫描仪是“面采样”,冗余多但有效信息密度低,且误差耦合复杂
    3. 3D scanner 是“感知世界”,
    4. 2D profile 是“测量变量”。
项目 2D轮廓仪 3D扫描仪
误差来源 单一(像素→高度) 多源(匹配/位姿/融合)
是否可解析
是否可控 较难
是否可校准 容易 困难

重要功能

三种独立的激光模式(非同时启用)

举例:Shining 3D TE19

image.png

模式 激光配置 优势 用途
高密度扫描模式 38 条交叉激光线(19 条水平 + 19 条垂直,呈网格状交叉) 点云密度高(~200,000 pts/sec),扫描速度快 人像、小型机械件、文物数字化
长距离/大物体模式 7 条平行激光线(等间距水平线) 信噪比高,抗环境光干扰强 1 大型金属件(如汽车部件、模具);
2 减少数据量、提高信噪比
精细细节模式 1 条单激光线 分辨率最高(亚毫米级),适合边缘提取 1 精密零件狭缝、深孔、铸件毛刺检测;
2 类似传统激光轮廓仪

技术实现原理(基于 Shining 3D 专利 CN110514152A)