三維掃描設(shè)備

1、LOGO模具關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用模具關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用三維掃描設(shè)備操作目錄三維掃描設(shè)備硬件系統(tǒng)介紹2三維掃描設(shè)備操作與注意事項4三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作3 3逆向工程概述3 1逆向工程概述 逆向工程（逆向工程（ReverseEngineeringReverseEngineering），），RERE是在沒有產(chǎn)品原始圖樣、是在沒有產(chǎn)品原始圖樣、文檔的情況下，對產(chǎn)品實物進行測量和工程分析，經(jīng)軟件進行數(shù)據(jù)文檔的情況下，對產(chǎn)品實物進行測量和工程分析，經(jīng)軟件進行數(shù)據(jù)處理、重構(gòu)幾何模型，并由數(shù)控機床重新加工復(fù)制出產(chǎn)品的過程。處理、重構(gòu)幾何模型，并由數(shù)控機床重新加工復(fù)制出產(chǎn)品的過程。模型加工實物分析測量數(shù)據(jù)處理建模逆向設(shè)計

2、逆向設(shè)計逆向工程概述v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(shè)計到具體模型設(shè)計再到成品的生產(chǎn)制造過程。實物概念可行性分析建模模型加工正向設(shè)計正向設(shè)計逆向工程概述v逆向工程強調(diào)的是從現(xiàn)有模型（產(chǎn)品樣件、實物模型等）經(jīng)過一定逆向工程強調(diào)的是從現(xiàn)有模型（產(chǎn)品樣件、實物模型等）經(jīng)過一定的手段轉(zhuǎn)化為概念模型和工程設(shè)計模型，如利用三坐標測量機的測的手段轉(zhuǎn)化為概念模型和工程設(shè)計模型，如利用三坐標測量機的測量數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行數(shù)學(xué)模型重構(gòu)，或者直接將這些離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成量數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行數(shù)學(xué)模型重構(gòu)，或者直接將這些離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成NCNC程序進行數(shù)控加工而獲取成品的過程，是對已有產(chǎn)品的再設(shè)計、程

3、序進行數(shù)控加工而獲取成品的過程，是對已有產(chǎn)品的再設(shè)計、再創(chuàng)造的過程。以此我們可以簡單理解為：再創(chuàng)造的過程。以此我們可以簡單理解為：逆向工程概述應(yīng)用于實物抄數(shù)，加快設(shè)計速度用于工業(yè)造型產(chǎn)品設(shè)計用于精密零部件的尺寸檢驗用于模具制造和翻新逆向工程概述用于實物抄數(shù)，加快設(shè)計速度用于實物抄數(shù)，加快設(shè)計速度逆向工程概述 以微軟公司生產(chǎn)的鼠標器為例，就其功能而言，只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(jīng)過長時間使用也不易產(chǎn)生疲勞感卻是生產(chǎn)廠商需要認真考慮的問題。因此微軟公司首先根據(jù)人體工程學(xué)制作了幾個模型并交給使用者評估，然后根據(jù)評估意見對模型直接進行修改，直至修改到大家

4、都滿意為止，最后再將模型數(shù)據(jù)利用逆向工程軟件生成 CAD數(shù)據(jù)。當(dāng)產(chǎn)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(xué)原理，因而迅速獲得用戶的廣泛認可，產(chǎn)品的市場占有率大幅度上升。用于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計用于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計逆向工程概述 用于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計用于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計 應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)，因為這兩個領(lǐng)域?qū)諝鈩恿W(xué)性能要求很高，在產(chǎn)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(shè)計流程首先根據(jù)工業(yè)造型需要設(shè)計出結(jié)構(gòu)，制作出油泥模型之后將其送到風(fēng)洞實驗室去測量空氣動力學(xué)性能，然后再根據(jù)實驗結(jié)果對模型進行反復(fù)修改直到獲得滿意結(jié)果為止，如此所得到的最終油泥模型才是符合需

5、要的模型。如何將油泥模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(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件進行重建，隨著科學(xué)技術(shù)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(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。 逆向工程概述用于精密零部件的尺寸檢驗用于精密零部件的尺寸檢驗?zāi)嫦蚬こ谈攀鲇糜谀＞咧圃旌头掠糜谀＞咧圃旌头?由于相關(guān)學(xué)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(jīng)常需要通過反復(fù)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

6、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(chǎn)效率，降低模具制造成本。逆向工程概述v逆向工程的工藝流程逆向工程的工藝流程 逆向工程以已存在的產(chǎn)品或者模型作為研究對象，將獲得的三逆向工程以已存在的產(chǎn)品或者模型作為研究對象，將獲得的三維離散數(shù)據(jù)作為初始素材，借助專用的曲面處理軟件維離散數(shù)據(jù)作為初始素材，借助專用的曲面處理軟件CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)造實物的構(gòu)造實物的CADCAD模型，輸出模型，輸出NCNC加工指令或用加工指令或用STLSTL文件驅(qū)動快速成型機文件驅(qū)動快速成型機制造出產(chǎn)品或原型，其工藝流程如下圖所示。制造出產(chǎn)品或原型，其工藝流程如下圖所示

7、。實物原型實物原型三維數(shù)據(jù)掃描三維數(shù)據(jù)掃描數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)重構(gòu)（數(shù)據(jù)重構(gòu)（CAD）、）、CAE分析、創(chuàng)新設(shè)計等分析、創(chuàng)新設(shè)計等快速成型制造快速成型制造STL文件文件產(chǎn)品產(chǎn)品NC加工加工NC代碼生成代碼生成產(chǎn)品產(chǎn)品快速模具制造快速模具制造產(chǎn)品產(chǎn)品逆向工程概述4.逆向工程常用軟件逆向工程常用軟件逆向工程概述v 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(yīng)用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機 零部件等設(shè)計與制造領(lǐng)域。該軟件擁有廣大的用戶群，國外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、Toyota等著名國際大公司，國內(nèi)則有上海大眾、上海

8、DELPHI、成都飛機制造公司等大企業(yè)。v 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(shù)據(jù)創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動轉(zhuǎn)換為NURBS曲面。該軟件也是除了 Imageware以外應(yīng)用最為廣泛的逆向工程軟件。v CopyCAD 是由英國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?qū)嶓w模型中產(chǎn)生三維CAD模型。該軟件為來自數(shù)字化數(shù)據(jù)的CAD曲面的產(chǎn)生提供了復(fù)雜的工具。CopyCAD能夠接受來自坐標測量機床的數(shù)據(jù)，同時跟蹤機床和激光掃描器。逆向工程概述RapidForm是韓國 INUS

9、 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(shù)據(jù)運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為3D Scan后處理之最佳化的接口。RapidForm也將使您的工作效率提升，使3D掃描設(shè)備的運用范圍擴大，改善掃描品質(zhì)。CATIACATIA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(shè)計功能而在飛機、汽車、輪船等設(shè)計領(lǐng)域享有很高的聲譽。CATIA的曲面造型功能體現(xiàn)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(shù)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)硬件介紹三維掃描

10、系統(tǒng)硬件介紹v掃描頭組成掃描頭組成注意注意：（：（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(shù)據(jù)質(zhì)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(diào)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v云臺云臺 調(diào)整云臺旋鈕可使掃描頭進行多角度轉(zhuǎn)向。 三維掃描系統(tǒng)硬件介紹v三腳架三腳架 調(diào)整三腳架旋鈕可對掃描頭高低進行調(diào)整。 注意：云臺及三腳架在角度、高低調(diào)整結(jié)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(nèi)部器件發(fā)生碰撞，導(dǎo)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(jié)果產(chǎn)生影響。

11、三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v掃描系統(tǒng)運行后，首先顯示如下圖所示界面。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(shè)備軟件系統(tǒng)操作v相機參數(shù)標定相機參數(shù)標定 相機參數(shù)標定是整個掃描系統(tǒng)精度的基礎(chǔ)，因此掃描系統(tǒng)在安裝完成后，第一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：v 1.對掃描系統(tǒng)進行遠途運輸；v 2.對硬件進行調(diào)整；v 3.硬件發(fā)生碰撞或嚴重震動。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作標定步驟標定步驟v 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

12、）。啟動專用計算機，啟動硬件系統(tǒng)，使掃描系統(tǒng)預(yù)熱510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，進入軟件標定界面。v 2.調(diào)整相機參數(shù)：通過“相機參數(shù)調(diào)整”對話框中的曝光與增益滑動條調(diào)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(zhì)量。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v3.調(diào)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(xiàn)兩個十字叉。將標定板放置在視場中央，通過調(diào)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。標

13、定步驟標定步驟三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作標定步驟標定步驟v 4.調(diào)整標定板，根據(jù)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(nèi)，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(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟一：將標定板水平放置，放置方向為：距離最近的兩步驟一：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(cè)向上放置。調(diào)整掃描距離，即調(diào)整三腳個大標志點的一側(cè)向上放置。調(diào)整掃描距離，即調(diào)整三腳架的高度以及仰俯角，使兩個架的高度以及仰俯角，使兩個“十字十字”盡可能重合。點擊盡可能重合。點擊“標定標定”，此時完成了第

14、一步。，此時完成了第一步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟二：標定板不動，調(diào)整三腳架，提升硬件系統(tǒng)高度步驟二：標定板不動，調(diào)整三腳架，提升硬件系統(tǒng)高度40mm40mm，滿足要求后單擊，滿足要求后單擊“下一步下一步”，完成第二步。，完成第二步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟三：標定板不動，調(diào)整三腳架，使硬件系統(tǒng)高度降低步驟三：標定板不動，調(diào)整三腳架，使硬件系統(tǒng)高度降低80mm80mm，單擊，單擊“下一步下一步”，然后再調(diào)整三腳架，將硬件系統(tǒng)，然后再調(diào)整三腳架，將硬件系統(tǒng)提升提升40mm40mm，進入下一步，進入下一步 。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟四：硬件系統(tǒng)高度不變，將標定板旋轉(zhuǎn)步驟四：

15、硬件系統(tǒng)高度不變，將標定板旋轉(zhuǎn)9090度，墊起與度，墊起與相機同側(cè)下方一角，角度約為相機同側(cè)下方一角，角度約為2020度，讓標定板正對光柵投度，讓標定板正對光柵投射器，完成第四步。射器，完成第四步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟五：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿步驟五：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(zhuǎn)同一方向旋轉(zhuǎn)9090度，完成第五步。度，完成第五步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟六：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿步驟六：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(zhuǎn)同一方向旋轉(zhuǎn)9090度，完成第六步。度，完成第六步。三維掃描設(shè)備軟件系

16、統(tǒng)操作v 步驟七：硬件系統(tǒng)高度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)步驟七：硬件系統(tǒng)高度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)9090度，墊起與相機異側(cè)一邊，角度約為度，墊起與相機異側(cè)一邊，角度約為3030度，讓標定板正對度，讓標定板正對相機，完成第七步。相機，完成第七步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟八：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿步驟八：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(zhuǎn)同一方向旋轉(zhuǎn)9090度，完成第八步。度，完成第八步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟九：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿步驟九：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(zhuǎn)同一方向旋轉(zhuǎn)9

17、090度，完成第九步。度，完成第九步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 步驟十：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿步驟十：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(zhuǎn)同一方向旋轉(zhuǎn)9090度，完成第十步。度，完成第十步。三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作v 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(shù)，并在標進行處理與計算，得到掃描系統(tǒng)所需的各項參數(shù)，并在標定信息顯示區(qū)給出標定結(jié)果定信息顯示區(qū)給出標定結(jié)果。注意：標定不成功會提示注意：標定不成功會提示“標定誤差較大，請重新標定標定誤差較大，請重新標

18、定”。三維掃描設(shè)備操作與注意事項v一、掃描設(shè)備使用安全警告一、掃描設(shè)備使用安全警告三維掃描設(shè)備操作與注意事項v二、掃描前準備工作二、掃描前準備工作1.提高點云質(zhì)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?。?）掃描物體表面需光滑，否則后期處理會清理不干凈 另外，應(yīng)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(shù)據(jù)）。這樣可以減少背景掃描數(shù)據(jù)，增加有效掃描數(shù)據(jù)的比重。顯顯像像劑劑深深色色物物體體反反光光物物體體三維掃描設(shè)備操作與注意事項v二、掃描前準備工作二、掃描前準備工作2.掃描

19、策略的制定 在對被掃描工件進行掃描時，需要經(jīng)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(xiàn)多次掃描數(shù)據(jù)的坐標系統(tǒng)一致，即將每次生成的點云數(shù)據(jù)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(gòu)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(yīng)該進行制訂。針對一個被掃描工件，首先根據(jù)其大小、形狀、復(fù)雜程度判斷大致需要掃描的次數(shù)，以及掃描的次序。三維掃描設(shè)備操作與

20、注意事項v二、掃描前準備工作二、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(nèi)（如圖）。在這種情況下，只需考慮按照一個合適的掃描次序，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(shè)備操作與注意事項v二、掃描前準備工作二、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(yīng)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(shè)備操作與注意事項v二、掃描前準備工作二、掃描前準

21、備工作2.掃描策略的制定 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(zhuǎn)動，但帶來的缺點是粘貼標志點處會產(chǎn)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(chǎn)生掃描數(shù)據(jù)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(zhuǎn)臺裝置上。標志點可以粘貼在被掃描工件周圍的轉(zhuǎn)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(shù)量，使掃描數(shù)據(jù)盡可能少的產(chǎn)生空洞。但這種策略不允許被掃描工件與轉(zhuǎn)臺有任何的相位位移，否則會造成拼接誤差增大，甚至導(dǎo)致掃描項目失敗。 三維掃描設(shè)備操作與注意事項v二、掃描前準備工作二、掃

22、描前準備工作3.標志點粘貼注意事項v 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；v 2.標志點不要貼在一條直線上，且盡量要不對稱粘貼；v 3.公共標志點至少為3個，由于圖像質(zhì)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57個為宜；v 4.標志點應(yīng)使相機盡可能多的角度可以同時看到；v 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(yīng)合理分布。三維掃描設(shè)備操作與注意事項v二、掃描前準備工作3.標志點粘貼注意事項v 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(shè)備操作與注意事項v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(shè)備操作與注意事項v三、掃描過程1.新建工程步驟一：調(diào)整掃描距離掃