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1、毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 请写长 学号定稿日期： 年 月 日定稿日期应在 2011 年 5 月 9 日 之前中文摘要（空 1 行）摘 要三维激光扫描仪是一种快速获取测量数据并生成景观模型的测量仪器，三维激 光扫描仪，它一般由座架、可调立柱、步进电机、悬臂、激光发生器、摄像机等 组成，其测量过程是一个快速逐点测距、测角的过程，可方便、快速、精确地获取 被测量目标上任意点的三维坐标，然后再利用扫描仪中配备的几何建模软件生成 dwg 或 dgn 格式的数据，完成建模工作。它是非接触式三维
2、扫描设备，客户可根据 扫描取得的三维数据在失去原图的情况下对器械进行重新塑造，也可在三维数据的 基础上对原设计进行新的改进。最终配合相应的后处理软件完成全部产品设计，并 生产出成品。（空 1 行）关键词：三维激光扫描; 快速;精确英文摘要（空 1 行）ABSTRACT3 d laser scanner is a quick measurement data and generating landscape model measuring instrument, 3 d laser scanner, it is general by gestell, adjustable pillar, ste
3、p motor, cantilever, laser generator, cameras and other composition, the measuring process is a quick point by point, the process of Angle measuring range, convenient, fast and accurate for measuring target any 3 d coordinates of the, then reuse scanner the geometrical model of software with generat
4、ion DWG DGN format or data, finish modeling work. It is a non-contact 3 d scanning equipment, customers can get according to scan of the 3 d data in the lost of equipment to shape, also can be in 3 d based on the data of the original design of new improvements. Finally the post-processing software w
5、ith corresponding finish all the product design, and produce a finished product.（空 1 行）Key Words：3D laser scanning; mechanical system; measurement; precise小四号，Times New Roman，行距为 20 磅英文摘要宁波工程学院毕业设计（论文）1目 录1 引 言.11 引 言激光扫描仪已经进入了一个比较成熟的发展阶段1。由于技术特点和适用范围不同，其形式也多种多样，如有些扫描仪适合在室内测量，有些适合在室外使用。不同的扫描仪在量程范围、测
6、量精度、测量速度、测量采样密度以及价格等方面也存在一定的区别，各有侧重点。目前市场上还没有一种全能型扫描仪2 1.1 封闭转盘式小型激光扫描仪存在的问题和未来的发展 虽然三维激光扫描仪可以快速高效地获取测量目标的三维点云数据，但是它仍然 存在着如下的问题： （1）三维激光扫描仪作为一种高新技术应用的测量仪器，彻底地颠覆了传统的单 点测量模式，其应用前景必将日益广阔。面对大量涌入国门的仪器，如何建立客观 和统一的计量评判尺度，这是摆在我们面前需要和值得去探讨的问题； （2）究其实质，所谓的面测量模式，不外乎是高密度快速的点测量，仍然可以采 用单项指标，如距离和角度测量精度去衡量，也就纳入到了常规
7、的距离和角度等几 何量计量范畴； （3）尽管室内检测方法更能反应仪器的性能，如果说三维激光扫描仪最终将取代 全站仪，那么，仪器的野外检测结果无疑更能反应仪器的计量特性； （4）得益于高密度高速采样，仪器才具备了常规测量仪器不可比拟的表现细部的 非凡能力，而这种“雕刻”的神来之笔则依赖于软件对点云数据的处理能力，如点 云的配准、拼接和模型重构能力等理应作为计量性能之一，以及对较高反射率物体 表面的处理等，还有待研究和提炼。 1.2 设计封闭转盘式小型激光扫描仪的目的和意义 三维激光扫描仪是一种快速获取测量数据并生成景观模型的测量仪器，三维激 光扫描仪，它一般由座架、可调立柱、步进电机、悬臂、激光
8、发生器、摄像机等 组成，其测量过程是一个快速逐点测距、测角的过程，可方便、快速、精确地获取 被测量目标上任意点的三维坐标，然后再利用扫描仪中配备的几何建模软件生成 dwg 或 dgn 格式的数据，完成建模工作。它是非接触式三维扫描设备，客户可根据 扫描取得的三维数据在失去原图的情况下对器械进行重新塑造，也可在三维数据的 基础上对原设计进行新的改进。最终配合相应的后处理软件完成全部产品设计，并 生产出成品。三维物体表面重建技术从出现到现在，经过近 30 年的发展，无论从硬件到软件都日趋成熟，它在制造业、机械加工、计算机视觉、计算几何、考古研究、汽车、游艇行业、制鞋行业、玩具、手机、陶瓷行业、人体
9、测量领域、彩色扫描应用、文物宁波工程学院毕业设计（论文）2扫描领域、检测领域、精密扫描领域、逆向工程等领域都有着广阔的应用前景。 1.3 设计中要解决的主要问题 (1)封闭转盘式小型激光扫描仪总体结构如何更好地实现小型复杂零件的测量。 (2)封闭转盘式小型激光扫描仪机械系统的结构如何满足零件测量时的高精度。 1.3 设计中要解决的主要问题待扫描件纵向、横向移动和旋转的实现2 激光扫描仪总体结构设计2.1 设计任务 1）扫描仪总体结构设计。包括至少 2 个方案，方案的分析对比，结构类型的确定 等。 （2）扫描仪机械系统设计。包括机械系统的类型、结构，零件的选择、设计计算 等。 （3）扫描仪进给系
10、统设计。包括选择何种形式的进给系统，驱动的选择，待扫描 件纵向、横向移动和旋转的实现形式与结构等。 （4）夹具设计。包括：夹具的类型、结构等。 （5）其它：扫描仪工作范围 200-300mm。 扫描仪外形尺寸不超过 1000mm1000mm1500mm。 扫描仪要求采用封闭式结构，外形美观、使用方便。 扫描仪结构中应包括激光光源、CCD 等的安装结构与定位等。 电源：220V/60HZ。2.2 总体方案确定1、三维激光扫描仪的分类和工作原理目前，市场上销售的三维激光扫描仪按测量方式可划分三类：脉冲式、相位式 和三角测距式；按用途可分为机载激光扫描系统和地面激光扫描系统。 三维激光扫描仪工作原理
11、（见图1）是由激光束经由激光反射棱镜发射器向被扫 描的物体发射激光，激光经目标表面漫反射后，部分反射信号被接收器捕获，同时， 由时间测量单元记录激光束从目标表面的往返时间，从而计算出仪器和目标表面之 间的距离，然后，改变反射棱镜的水平和垂直偏转角以调整激光束的发射角度，重 复以上述过程，直至目标表面被全部扫描覆盖。图1 三维激光扫描仪原理示意图2、三维激光扫描仪的结构宁波工程学院毕业设计（论文）3三维激光扫描仪按外形结构大体可以分台式和便携式二种，不同型式扫描仪的 机械系统也有不同，甚至同一种型式由于生产厂家不同机械系统也不同。下面就通 过举例的方式对两种型式进行说明。三维台式激光扫描仪台式三
12、维激光扫描仪的大体结构包括：机台、机座、激光发射系统、图像采集 系统、运动系统以及控制系统。其中有代表性的是北京欧诺的 CALLIDUS CT 900 三 维激光扫描仪、苏州高瑞的 RE600 型激光扫描仪等。如图 1 为欧诺公司的 CALLIDUS CT 900 三维激光扫描仪结构示意图，设备主要有旋转工作台、机座、测 头、控制系统、运动系统以及图像采集系统组成。它通过测量头的垂直运动和固定 在转盘上的扫描物体同时旋转来实现物体外形轮廓数据的采集，采集的数据以非常 密集的点云形式输出，经三维重建后得到物体的面几何形状。苏州高瑞的 RE600 型激光扫描仪采用三角坐标直线移动加一旋转运动的四坐
13、标设计方案，实现物体的 360范围内的三维形状扫描测量，采用步进电机开环驱动控制，并且用双 CCD 对 称结构进行扫描测量。它的主要结构包括旋转式的工作台、机座、测量头、控制系 统、运动系统以及图像采集系统等6。便携式三维激光扫描仪便携式三维激光扫描仪的大体结构包括：激光脉冲发射系统、图像采集系统、 控制系统、数据传输系统等。其中有代表性的是 Polhemus 公司的 FastSCAN Cobra 手持激光扫描仪、加拿大 Campagn 公司的 Handyscan 3D 手持式三维激光扫描仪、 徕卡公司的 CYRA 3 三维激光扫描仪、Microscribe 公司的 Microscribe M
14、X 便携式 三维激光扫描仪等。 FastSCAN Cobra 手持激光扫描仪通过手握扫描仪的把柄，对着目标平滑移动， 扫描仪投射激光到物体上，手柄上的摄象机通过获取物体表面的反射光来采集三维 物体的表面数据。它主要有扫描头，扫描仪手柄外壳，数据线、控制系统、激光发 射及图像采集系统组成7。Handyscan 3D 手持式三维激光扫描是用一根数据线连 接电脑，手拿着扫描仪随意扫描。利用自定位技术(激光与照相相结合)，可以轻松 地完成设计、模具加工、逆向工程、形面检测等工作。 它的主机结构包括 手持式 外壳、十字交叉激光器、自动温度传感器及图像采集器等。徕卡公司的 CYRA 3 三 维激光扫描仪有一个激光脉冲发射体，两个反光镜快速而有序地旋转，将发射体发 出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域。测量每个激光脉冲从发出到被测物表面再返 回仪器所经过的时间来计算距离，同时编码器测量每个脉冲的角度，可以得到被测 物体的三维真实坐标。然后利用其软件就可以得到三维图形了。它的结构主要包括 激光脉冲发射体、反光境、图像采集器、以及旋转电动机等组成。MicroScribe 和 RSI 激光扫描系统可以快速地收
