三維掃描設備

1、模具關鍵技術應用,——三維掃描設備操作,目錄,逆向工程概述,1.逆向工程的定義 逆向工程（ReverseEngineering），RE是在沒有產品原始圖樣、文檔的情況下，對產品實物進行測量和工程分析，經軟件進行數據處理、重構幾何模型，并由數控機床重新加工復制出產品的過程。,逆向工程概述,1.逆向工程的定義逆向工程與正向工程的區(qū)別 正向工程是泛指按常規(guī)的從概念（草圖）設計到具體模型設計再到成品的生產制造過程。,逆

2、向工程概述,1.逆向工程的定義逆向工程強調的是從現有模型（產品樣件、實物模型等）經過一定的手段轉化為概念模型和工程設計模型，如利用三坐標測量機的測量數據對產品進行數學模型重構，或者直接將這些離散數據轉化成NC程序進行數控加工而獲取成品的過程，是對已有產品的再設計、再創(chuàng)造的過程。以此我們可以簡單理解為：,逆向工程概述,2.逆向工程的應用,逆向工程概述,用于實物抄數，加快設計速度,逆向工程概述,以微軟公司生產的鼠標器為例，就其功能而言，只

3、需要有三個按鍵就可以滿足使用需要，但是，怎樣才能讓鼠標器的手感最好，而且經過長時間使用也不易產生疲勞感卻是生產廠商需要認真考慮的問題。因此微軟公司首先根據人體工程學制作了幾個模型并交給使用者評估，然后根據評估意見對模型直接進行修改，直至修改到大家都滿意為止，最后再將模型數據利用逆向工程軟件生成 CAD數據。當產品推向市場后，由于外觀新穎、曲線流暢，再加上手感也很好，符合人體工程學原理，因而迅速獲得用戶的廣泛認可，產品的市場占有率大幅度上

4、升。,用于工業(yè)產品造型設計,逆向工程概述,用于工業(yè)產品造型設計 應用于航空航天和汽車工業(yè)，因為這兩個領域對空氣動力學性能要求很高，在產品開發(fā)的開始階段就要認真考慮空氣動力性。常規(guī)的設計流程首先根據工業(yè)造型需要設計出結構，制作出油泥模型之后將其送到風洞實驗室去測量空氣動力學性能，然后再根據實驗結果對模型進行反復修改直到獲得滿意結果為止，如此所得到的最終油泥模型才是符合需要的模型。如何將油泥模

5、型的外形精確地輸入計算機成為電子模型，這就需要采用逆向工程軟件。首先利用三坐標測量儀器測出模型表面點陣數據，然后利用逆向工程軟件進行重建，隨著科學技術的進步和消費水平的不斷提高，其它許多行業(yè)也開始紛紛采用逆向工程進行產品創(chuàng)新設計。,逆向工程概述,用于精密零部件的尺寸檢驗,逆向工程概述,用于模具制造和翻新,由于相關學科發(fā)展水平的限制，對零件的功能和性能分析還不能完全由CAE來完成，往往需要通過實驗來最終確定零件形狀，如在模具制造中經常需要

6、通過反復試沖和修改模具型面方可得到最終符合要求的模具。其將最終符合要求的模具測量并反求出其CAD模型在再次制造該模具時就可運用這一模型生成加工程序，就可大大減少修模量，提高模具生產效率，降低模具制造成本。,逆向工程概述,逆向工程的工藝流程　 逆向工程以已存在的產品或者模型作為研究對象，將獲得的三維離散數據作為初始素材，借助專用的曲面處理軟件CAD/CAM系統(tǒng)構造實物的CAD模型，輸出NC加工指令或用STL文件驅動快速成型機制造

7、出產品或原型，其工藝流程如下圖所示。,實物原型,三維數據掃描,數據處理,數據重構（CAD）、CAE分析、創(chuàng)新設計等,快速成型制造,STL文件,產品,NC加工,NC代碼生成,,,,,,,,,產品,快速模具制造,,產品,,,,,,逆向工程概述,4.逆向工程常用軟件,逆向工程概述,Imageware由美國 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程軟件，正被廣泛應用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機 零部件等設計與制造領域。該軟件擁有廣大

8、的用戶群，國外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、Toyota等著名國際大公司，國內則有上海大眾、上海DELPHI、成都飛機制造公司等大企業(yè)。由美國Raindrop(雨滴)公司出品的逆向工程和三維檢測軟件 Geomagic Studio可輕易地從掃描所得的點云數據創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網格，并可自動轉換為NURBS曲面。該軟件也是除了 Imageware以外應用最為廣泛的逆向工程軟件。CopyCAD 是由英

9、國DELCAM公司出品的功能強大的逆向工程系統(tǒng)軟件，它能允許從已存在的零件或實體模型中產生三維CAD模型。該軟件為來自數字化數據的CAD曲面的產生提供了復雜的工具。CopyCAD能夠接受來自坐標測量機床的數據，同時跟蹤機床和激光掃描器。,逆向工程概述,RapidForm是韓國 INUS 公司出品的全球四大逆向工程軟件之一，RapidForm提供了新一代運算模式，可實時將點云數據運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為3D Scan后處理之最佳

10、化的接口。RapidForm也將使您的工作效率提升，使3D掃描設備的運用范圍擴大，改善掃描品質。CATIA是法國達索飛機公司開發(fā)的高檔CAD/CAM軟件。CATIA軟件以其強大的曲面設計功能而在飛機、汽車、輪船等設計領域享有很高的聲譽。CATIA的曲面造型功能體現在它提供了極豐富的造型工具來支持用戶的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲線曲面功能，次數能達到15，能滿足特殊行業(yè)對曲面光滑性的苛刻要求。,三維掃描系統(tǒng)硬件介紹,三維

11、掃描系統(tǒng)硬件介紹,掃描頭組成,注意：（1）避免掃描系統(tǒng)發(fā)生碰撞，造成不必要的硬件系統(tǒng)損壞及掃描數據質量受到影響。（2）禁止碰觸相機鏡頭和光柵投射器鏡頭。（3）掃描頭扶手僅在用于云臺對掃描頭做上下、水平、左右調整時使用。嚴禁在搬運掃描頭時使用此扶手。,三維掃描系統(tǒng)硬件介紹,云臺,調整云臺旋鈕可使掃描頭進行多角度轉向。,三維掃描系統(tǒng)硬件介紹,三腳架,調整三腳架旋鈕可對掃描頭高低進行調整。 注意：云臺及三腳架在角度、高低調整結

12、束后，一定要將各方向的鎖緊螺釘鎖緊，否則可能會由于固定不緊造成掃描頭內部器件發(fā)生碰撞，導致硬件系統(tǒng)損壞；也可能在掃描過程中硬件系統(tǒng)晃動，對掃描結果產生影響。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,掃描系統(tǒng)運行后，首先顯示如下圖所示界面。,1.標題欄：掃描系統(tǒng)名稱2.菜單欄：包括所有的操作選項3.工具欄：提供了操作的快捷方式,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,相機參數標定 相機參數標定是整個掃描系統(tǒng)精度的基礎，因此掃描系統(tǒng)在安裝完成后，第一

13、次掃描前必須進行標定。另外，在以下幾種情況下也要進行標定：1.對掃描系統(tǒng)進行遠途運輸；2.對硬件進行調整；3.硬件發(fā)生碰撞或嚴重震動。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,標定步驟1.啟動Win3DD掃描系統(tǒng)：首先正確連接線纜，然后接通掃描系統(tǒng)的電源（包括硬件系統(tǒng)與專用計算機等）。啟動專用計算機，啟動硬件系統(tǒng)，使掃描系統(tǒng)預熱5~10分鐘，以保證標定狀態(tài)與掃描狀態(tài)盡可能相近。點擊左面快捷圖標啟動軟件，點擊“掃描標定切換”按鈕，進入軟件標定

14、界面。2.調整相機參數：通過“相機參數調整”對話框中的曝光與增益滑動條調整相機的亮度與對比度，并觀察相機實時顯示區(qū)，得到滿意的圖像質量。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,3.調整掃描距離：在打開標定界面時，相機實時顯示區(qū)會顯示一個白色“十字”將相機實時顯示區(qū)劃分為兩個同樣面積的區(qū)域。這時光柵投射器會投出一個黑色的“十字”，這樣會在同一個顯示區(qū)出現兩個十字叉。將標定板放置在視場中央，通過調整硬件系統(tǒng)的高度以及俯仰角，使兩個十字叉盡可能重合。,

15、標定步驟,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,標定步驟4.調整標定板，根據界面左上角的標定指示操作，開始標定。注意：在每個步驟中，都需觀察左標志點提取顯示區(qū)，使板上的99個標志點均處于視場內，且至少88個標志點提取成功才能進行標定（下一步）操作。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟一：將標定板水平放置，放置方向為：距離最近的兩個大標志點的一側向上放置。調整掃描距離，即調整三腳架的高度以及仰俯角，使兩個“十字”盡可能重合。點擊“標定”，此時完成了第一

16、步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟二：標定板不動，調整三腳架，提升硬件系統(tǒng)高度40mm，滿足要求后單擊“下一步”，完成第二步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟三：標定板不動，調整三腳架，使硬件系統(tǒng)高度降低80mm，單擊“下一步”，然后再調整三腳架，將硬件系統(tǒng)提升40mm，進入下一步 。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟四：硬件系統(tǒng)高度不變，將標定板旋轉90度，墊起與相機同側下方一角，角度約為20度，讓標定板正對光柵投射器，完成第四步。,

17、三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟五：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉90度，完成第五步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟六：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉90度，完成第六步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟七：硬件系統(tǒng)高度不變，將標定板沿同一方向旋轉90度，墊起與相機異側一邊，角度約為30度，讓標定板正對相機，完成第七步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟八：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標

18、定板沿同一方向旋轉90度，完成第八步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟九：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉90度，完成第九步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,步驟十：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉90度，完成第十步。,三維掃描設備軟件系統(tǒng)操作,在上述十步全部完成后，軟件系統(tǒng)會自動對采集到的圖像進行處理與計算，得到掃描系統(tǒng)所需的各項參數，并在標定信息顯示區(qū)給出標定結果。,注意：標定不成功會提示“標

19、定誤差較大，請重新標定”。,三維掃描設備操作與注意事項,一、掃描設備使用安全警告,三維掃描設備操作與注意事項,二、掃描前準備工作1.提高點云質量解決方案,（1）掃描時外部環(huán)境光線不要太強，暗室操作效果更佳（2）深色或反光的物體要噴顯像劑進行掃描（注：顯像劑要噴的均勻且薄）（3）掃描物體表面需光滑，否則后期處理會清理不干凈 另外，應給被掃描工件準備一個顏色較暗的背景，最好是黑色（掃描系統(tǒng)對黑色表面不生成任何數據）。這樣可以

20、減少背景掃描數據，增加有效掃描數據的比重。,顯像劑,深色物體,反光物體,三維掃描設備操作與注意事項,二、掃描前準備工作2.掃描策略的制定,在對被掃描工件進行掃描時，需要經過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成對被掃描工件的完整掃描。掃描系統(tǒng)采用標志點（掃描系統(tǒng)會精確、自動的提取標志點三維坐標）來實現多次掃描數據的坐標系統(tǒng)一致，即將每次生成的點云數據均統(tǒng)一到公共坐標系，從而完成點云的自動拼接。 掃描系統(tǒng)要求在本次掃描中，至少能攝取

21、到3個在之前掃描時提取出的標志點。同時要求這3個標志點盡可能不共線，且不對稱（例如其中3個不能構成等邊或等腰三角形）。 掃描策略對于整個掃描項目是非常重要的，因此在掃描之前就應該進行制訂。針對一個被掃描工件，首先根據其大小、形狀、復雜程度判斷大致需要掃描的次數，以及掃描的次序。,三維掃描設備操作與注意事項,二、掃描前準備工作2.掃描策略的制定,策略一：被掃描工件大小在掃描系統(tǒng)單幀掃描范圍內（如圖）。在這種情況下，只需考慮按照一

22、個合適的掃描次序，保證本次掃描與之前掃描提取出的標志點均有至少3個公共點即可。,三維掃描設備操作與注意事項,二、掃描前準備工作2.掃描策略的制定,策略二：被掃描工件大小超出掃描系統(tǒng)的單幀掃描范圍，但不超過2倍（如超出2倍以上，則需與三維攝影掃描系統(tǒng)配套使用（注：Win3D-Metric攝影測量系統(tǒng)））。在這種情況下，第一次掃描應從可得到最多標志點的工件中部開始（如圖所示）。,三維掃描設備操作與注意事項,二、掃描前準備工作2.掃描策略

23、的制定,策略三：上述兩個策略中，標志點均粘貼在工件表面上。這兩個策略的優(yōu)點是被掃描工件可以隨意移動或轉動，但帶來的缺點是粘貼標志點處會產生較多的環(huán)狀空洞（因標志點外圍是黑色的，掃描系統(tǒng)將不會產生掃描數據點）。然而，在實際掃描中，如果工件不易搬動，我們也可以使用輔助裝置。例如將被掃描工件放置在轉臺裝置上。標志點可以粘貼在被掃描工件周圍的轉臺表面上（如圖），這種粘貼方案可以有效減少工件表面的標志點數量，使掃描數據盡可能少的產生空洞。但這種策

24、略不允許被掃描工件與轉臺有任何的相位位移，否則會造成拼接誤差增大，甚至導致掃描項目失敗。,三維掃描設備操作與注意事項,二、掃描前準備工作3.標志點粘貼注意事項1.標志點要盡量貼在工件的平面區(qū)域或曲率較小的曲面，且距離工件邊界較遠一些；2.標志點不要貼在一條直線上，且盡量要不對稱粘貼；3.公共標志點至少為3個，由于圖像質量、掃描角度等多方面原因，有些標志點不能正確識別，因而建議用盡可能多的標志點，一般5~7個為宜；4.標志點應

25、使相機盡可能多的角度可以同時看到；5.粘貼的標志點要保證掃描策略的順利實施，并使標志點在長度、寬度、高度方向均應合理分布。,三維掃描設備操作與注意事項,二、掃描前準備工作3.標志點粘貼注意事項標志點粘貼示意圖：,錯誤粘貼方式,正確粘貼方式,三維掃描設備操作與注意事項,三、掃描過程1.新建工程點擊“新建工程”按鈕，會彈出如圖所示對話框。,三維掃描設備操作與注意事項,三、掃描過程1.新建工程步驟一：調整掃描距離,掃描工件步驟一

26、,三維掃描設備操作與注意事項,步驟二：單幀掃描（系統(tǒng)將自動進行單幀掃描。結果在如圖所示的“三維點云顯示區(qū)”顯示三維點云數據。）,掃描工件步驟二,三維掃描設備操作與注意事項,步驟三：檢查工程信息。（每次單幀掃描完成后，都應該檢查“工程信息樹狀顯示區(qū)”的工程信息。）,掃描工件步驟三,三維掃描設備操作與注意事項,三、掃描過程2.需再次掃描情況 重復步驟2繼續(xù)進行下次掃描，如果本次掃描所提取出的標志點與之前提取出的標志點公共點少

27、于3個，掃描軟件系統(tǒng)則會彈出提示對話框，同時不會進行拼接處理，這時需要調整被掃描工件，然后重新進行本次掃描。,標志點不足提示信息,三維掃描設備操作與注意事項,三、掃描過程3.保存點云數據 點擊“保存按鈕”或“工程管理”下拉菜單下的“點云另存為”選項對點云進行保存處理。,點云文件另存為,三維掃描設備操作與注意事項,三、掃描過程4.退出軟件 項目工作全部完成后，退出掃描軟件系統(tǒng)。 如有未保存點云數據

28、，軟件系統(tǒng)會給出提示框。然后關閉掃描系統(tǒng)與專用計算機，待掃描系統(tǒng)的散熱風扇停止后切斷掃描系統(tǒng)與專用計算機電源。,退出軟件提示框,三維掃描設備操作與注意事項,四、掃描設備日常維護1.掃描系統(tǒng)環(huán)境要求Win3DD三維掃描系統(tǒng)不宜在強光照射（如太陽光）下使用。,三維掃描設備操作與注意事項,四、掃描設備日常維護2.掃描頭的維護擦試鏡頭時要用鏡頭紙。,三維掃描設備操作與注意事項,四、掃描設備日常維護3.標定板的維護 在使用標