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1、了解逆向工程数据扫描系统的分类及相应的测量原理，掌握接了解逆向工程数据扫描系统的分类及相应的测量原理，掌握接触式测量与非接触式测量的不同技术特点。通过三个不同的数触式测量与非接触式测量的不同技术特点。通过三个不同的数据扫描案例，了解三维数据扫描的流程及方法据扫描案例，了解三维数据扫描的流程及方法 。能能 力力 目目 标标知知 识识 要要 点点了解逆向工程数据扫描方法及种类 数据扫描方法及分类 掌握接触式测量与非接触测量技术特点 接触式测量和非接触测量 了解数据扫描的流程 扫描前处理、扫描规划、扫描 了解扫描仪使用的基本方法及技巧 三种非接触光学扫描设备基本操作 主要内容主要内容任务一任务一 了
2、解三维数据扫描了解三维数据扫描任务二任务二 储蓄罐外形测量储蓄罐外形测量任务三任务三 车灯灯罩外形测量车灯灯罩外形测量任务四任务四 风扇外形风扇外形 测量测量表面数据测量表面数据测量非接触式非接触式接触式接触式光学式光学式非光学式非光学式触发式触发式机械手臂机械手臂 三三 角角 形形 法法 结结 构构 光光 法法 激激 光光 干干 涉涉 法法 计计算算机机视视图图法法 CT测测量量法法 MRI测测量量法法 层层切切法法 超超声声波波法法一、数据获取方法的分类一、数据获取方法的分类任务一任务一 了解三维数据扫描了解三维数据扫描接触测量，点测量精度几个m测量速度慢二、接触式数据扫描二、接触式数据扫
3、描三坐标测量机三坐标测量机CMM 接触式测量特点接触式测量特点测量精度高测量精度高测量精度高测量精度高与被测物体表面的颜色、外形无关，对与被测物体表面的颜色、外形无关，对与被测物体表面的颜色、外形无关，对与被测物体表面的颜色、外形无关，对 光强无要求光强无要求光强无要求光强无要求可直接测量特征尺寸可直接测量特征尺寸可直接测量特征尺寸可直接测量特征尺寸测量速度慢测量速度慢测量速度慢测量速度慢适用于硬质表面，软质表面易变形适用于硬质表面，软质表面易变形适用于硬质表面，软质表面易变形适用于硬质表面，软质表面易变形球头半径补偿球头半径补偿球头半径补偿球头半径补偿 测量时需要固定和定位基准测量时需要固定
4、和定位基准测量时需要固定和定位基准测量时需要固定和定位基准非接触测量，线测量精度几十个m测量速度较快三、非接触式光学扫描三、非接触式光学扫描激光扫描测量激光扫描测量三、非接触式光学扫描三、非接触式光学扫描结构光扫描测量结构光扫描测量 采用的照相式三维扫描技术。利用相位和立体视觉技术的结合，在物体表面投射光栅。利用相位和外极线实现两幅图像上的点的匹配，利用定标了的摄像机系统，计算点在三维空间坐标，以实现物体表面三维轮廓的测量。以德国Gom公司为代表的Atos三维光学扫描仪是基于双目式光栅投影测量技术的设备。 国外称为white light scanner,白光3D扫描仪非接触扫描仪结构光三维扫描
5、仪（北京天远北京天远 上海数造机电上海数造机电 苏州西博苏州西博）北京天远 OKIO-I /II /V3DSS LED白光扫描仪3DSS 蓝光扫描仪XTOM型三维光学面扫描仪 三、非接触式光学扫描三、非接触式光学扫描特点特点 (1)(1)测量速度快，不必逐点测量，测量面积大，数据较为完整。测量速度快，不必逐点测量，测量面积大，数据较为完整。 (2)(2)可以直接测量材质较软以及不适合直接接触测量的物体，如可以直接测量材质较软以及不适合直接接触测量的物体，如橡胶、纸制品、工艺品、文物等。橡胶、纸制品、工艺品、文物等。 （3 3）须进行测头半径补偿。）须进行测头半径补偿。 (4 (4） 对零件表面
6、的反光程度、颜色等有较高要求，工件表面的对零件表面的反光程度、颜色等有较高要求，工件表面的明暗程度会影响测量的精度。明暗程度会影响测量的精度。 (5)(5)测量精度一般，特别是相对于接触式测头测量数据而言。测量精度一般，特别是相对于接触式测头测量数据而言。 (6)(6)对于一些细节位置，如边界、缝隙、曲率变化较大的曲面容对于一些细节位置，如边界、缝隙、曲率变化较大的曲面容易丢失数据。易丢失数据。 (7)(7)陡峭面不易测量，激光无法照射到的地方便无法测量。陡峭面不易测量，激光无法照射到的地方便无法测量。三、非接触式非光学扫描三、非接触式非光学扫描断层扫描断层扫描可以测量物体表面、内部和隐藏结构
7、特征可以测量物体表面、内部和隐藏结构特征 破坏性测量层去扫描法非破坏性测量CT测量法 MRI测量法 超声波测量法结构光、激光扫描仪和三坐标测量机比较 结构光（白光）结构光（白光）结构光（白光）结构光（白光）激光扫描仪激光扫描仪激光扫描仪激光扫描仪三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机系统体积系统体积小小一般一般大大系统重量系统重量轻、方便移动轻、方便移动一般、可移动一般、可移动重、不可移动重、不可移动扫描方式扫描方式面面点、线点、线点点测量精度测量精度高高较高较高高高测量范围测量范围大大一般一般小小测量时间测量时间小于小于5 5秒秒1010分钟分钟- -数小时数小时数小时数小时- -
8、数天数天安装设置安装设置简单简单一般一般需调试需调试维护难度维护难度容易容易一般一般难、严格难、严格工作环境工作环境不严格不严格一般一般严格严格适用范围适用范围所有物体所有物体厂家不同而不同厂家不同而不同硬物体的测量硬物体的测量扫描精度应满足实际的需要；扫描速度快，尽量减少测量在整个逆向过程中所占有的时间；数据扫描要完整，以减少数模重构由于数据缺失带来的误差；数据扫描过程中不能破坏原型；降低数据扫描成本。数据扫描满足以下要求：数据扫描满足以下要求：对自由曲面形状物体的数据扫描一般用非接触光学测量的方法，对自由曲面形状物体的数据扫描一般用非接触光学测量的方法，对规则形状物体的数据扫描一般用接触式
9、测量对规则形状物体的数据扫描一般用接触式测量 。非接触光学扫描的前处理非接触光学扫描的前处理 表面处理表面处理 （1）喷亚光漆、白色显像剂：黑色锈蚀表面、透明表面、反光面 （2）清洗：工件表面的灰尘、铁屑等更会带来测量数据的噪声，造成点云数据不佳。 非接触光学扫描的前处理非接触光学扫描的前处理 贴标记点或标识点贴标记点或标识点 (1)对于一些大型物体（比如汽车覆盖件），或者需要多幅测量进行拼接时，需要根据视角在物体的表面贴上一些标记点。 (2)标记点用来协助坐标转换的，是多视觉注册拼合的特征点。(3)标记点可以是扫描物体本身的特征点、可以用笔画在纸上的标记、或用橡皮泥捏成的标记点。如果自动拼合
10、，标记点是一个个黑白的专用标记点 扫描规划扫描规划精确扫描精确扫描对曲率变化大的地方数据尽量采集完整；高效扫描高效扫描数据扫描的次数少、数据量尽量小、缩短扫描时间。任务二任务二 储蓄罐外形测量储蓄罐外形测量任务分析 储蓄罐造型为一卡通龙形状，细节特征多且不规则，较好的扫描方法应选非接触式的，储蓄罐造型只需处理外形数据后抽壳即可。柯尼卡美能达三维扫描仪柯尼卡美能达三维扫描仪VIVID 10i 7VIVID 10 储蓄罐形如卡通龙，在表面有足够明显的细节特征，这些特征作为多视觉数据扫描拼合时的标记点已足够，所以不需再加标记点。但表面金色反光，所以喷上白色的显像剂。储蓄罐扫描前处理储蓄罐扫描前处理
11、按图所示的姿态，从上往下扫描时，脖子里及招财牌子下面的数据都扫不到，先扫一圈，然后再倒过或横过来扫描脖子和牌子下面的数据，最后再扫描头顶和脚底。在扫描头顶和脚底时，要把侧面的特征也带上，便于数据的拼合。 储蓄罐扫描规划储蓄罐扫描规划任务三任务三 车灯外形测量车灯外形测量任务分析 车灯灯罩形状，由几个大的流线曲面组成，且内外特征不同，需要扫描内、外两面，细节过渡特征不明显，最好能够自动拼接，为此通过贴专用的标记点，自动拼合。 优势：连续扫描、自动拼接，实时渲染、操作简优势：连续扫描、自动拼接，实时渲染、操作简单，小巧玲珑、便于携带（单，小巧玲珑、便于携带（0.98KG)技术参数重量重量 0.98
12、 kg (2.1磅)尺寸尺寸 160 x 260 x 210 mm (6.2 x 10.2 x 8.2 英寸)测量速度测量速度 18,000点/秒激光等级激光等级 II (眼睛安全)XY轴精度轴精度 高达0.05 mm (高达0.002英寸)Z轴精度轴精度 0.1 mm (0.004英寸)数据接口数据接口 Firewire电源接口电源接口 Firewire车灯扫描前处理车灯扫描前处理1）表面银色反光，所以喷上白色的显像剂。2）自动拼合，所以需要在贴专用的标记点贴标记点合适的标记点不合适的标记点 为了使内外表面数据自动归到同一坐标下，可采用以下两种扫描方式：（1）为了内外面自动数据拼合，先扫描标
13、记点。借助内、外表面标记点，再扫描零件的内、外表面，这样内外表面扫描数据会地自动拼合在一起。（2）先完成一个表面的扫描，转动扫描件，借助贴有标记点的底板上的辅助点获取被测物体另一表面的标识点，完成另一面的扫描。 扫描规划扫描规划（1）数据扫描方法可以分为接触式和非接触式两大类。非接触光学扫描是逆向数据采集的主要方法。非接触光学扫描设备很多，不同的扫描设备，虽然由于扫描的原理不同，扫描软件操作方法不同，但扫描的宗旨是相同的，就是使在不同视觉的扫描数据能够拼合成所要的数据模型。小小 结结（2）在非接触光学扫描时，首先要做好扫描件的预处理。为了达到更好的扫描效果，任何发亮的、黑色的、透明的或反光的（镜子、金属面）都应该喷涂白色粉末。为了能实现手工注册拼合或扫描过程中自动拼合，在物体表面合理粘贴标记点。其次要做好扫描规划，以提高扫描效率。扫描时按照一定的顺序（朝一个方向）旋转扫描件或移动扫描设备，保证相邻两幅扫描图像有相同的拼合标记点；当正、反面（或上下面）扫描时，要注意区域过渡，可直接扫描区域过渡或采用正反面标记点的方法。小小 结结2-1 简述逆向工程中数据测量的方法及分类。2-2 简述接触式测量和非接触式测量的特点。2-3 在物体扫描前需要做哪些前处理？ 2-4 如何提高扫描数据的精度？思考题思考题
