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三維掃描實驗項目指導(dǎo)書(一)自動化三維掃描目錄TOC\o"1-5"\h\z實驗?zāi)康?1實驗原理 1實驗內(nèi)容及步驟 1開機(jī) 1系統(tǒng)標(biāo)定 2轉(zhuǎn)臺手動操作 10路徑規(guī)劃 10修改自動化程序代碼 11自動化運行 12注意事項 13使用注意事項 13設(shè)備注意事項 13安全警告 13撰寫實驗報告 14#實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)自動化三維掃描儀的調(diào)試及使用方法,初步掌握空間曲面三維掃描的方法。具體了解點云數(shù)據(jù)處理流程,為逆向工程技術(shù)運用奠定基礎(chǔ)。實驗原理:掃描儀工作原理:掃描時,光柵投影裝置投影數(shù)副特定編碼的結(jié)構(gòu)光到待測物體,成一定夾角的兩個攝像頭同步米集相應(yīng)的圖像,然后對圖像進(jìn)行編碼和相位計算,利用三角形掃描原理、匹配技術(shù),算解出兩個攝像頭公共視區(qū)內(nèi)像素點得到三維坐標(biāo)。自動化三維掃描與檢測系統(tǒng)由于其自動化程度高,可針對不同外形的產(chǎn)品進(jìn)行最優(yōu)掃描路徑規(guī)劃,從而高效完成檢測任務(wù),整個過程無需人為干預(yù)。本實驗使用的是武漢惟景三維科技有限公司所生產(chǎn)的PowerScan-Auto系列自化掃描測量與檢測系統(tǒng),設(shè)備由以下工業(yè)級機(jī)械臂與PowerScan-Pro1.3M掃描儀組成。PowerScan-Pro1.3M掃描儀具體參數(shù)如下:單幅測量范圍(可調(diào)節(jié))攝像頭分辨率(pixels)測量點距(mm)測量精度(mm)單幅測量時間(S)輸出格式200X150~400X300131萬0.123~0.246±0.0200.4ACASC等標(biāo)準(zhǔn)格式3.實驗內(nèi)容及步驟:3.1、開機(jī)打開機(jī)器人控制柜電源,打開電腦。打開PowerScan軟件。打開TCPIP軟件,軟件界面如圖1.1所示,在本地端口框中輸入12548,連接端口框中輸入5490,目標(biāo)IP地址為192.168.125.5,協(xié)議選擇為TCPClien,在最下面勾選十六進(jìn)制接受框,點擊連接按鈕,將設(shè)備、機(jī)器人和軟件連接起來。 (注:在自動化未運行時,需手動連接設(shè)備、機(jī)器人和軟件,防止軟件一直檢測是否連接而造成卡頓。自動化運行前需將連接斷開,自動化運行時,自動化程序會自行連接設(shè)備、機(jī)器
人和軟件。)H TCPIP -口本地踹匚目標(biāo)滬地址12548 鏈需口$妙|192.1?9.125,5 連撞協(xié)盤迭擇 廣UDPa-€PdentCTPStf^eiV*買麻|壽空顯礪|廠+A進(jìn)制般廠言脫送間廂| ?0 ?清空團(tuán)出框|p+六蚩敲擺胺[SSSI&WFZ] 詩訶圭頁|Vprsinn:1? 盤因蟻旨—誰科?克右怫£卜司圖1.1TCPIP軟件界面3.2、標(biāo)定系統(tǒng)掃描物體之前,選擇菜單“文件->新建工程”或點擊圖標(biāo)13,新建一個工程,彈出如圖2.1所示窗口,選擇新建工程文件夾保存路徑。此文件夾中不僅包含工程的配置,而且還包含掃描時得到的數(shù)據(jù)。砲■V■『IKS13砲■V■『IKS13圖2.1新建工程圖標(biāo)定就是通過建立成像的幾何模型并求解模型參數(shù)來確定掃描物體表面某
點的三維幾何位置與其在圖像中對應(yīng)點之間的相互關(guān)系的過程。 標(biāo)定的精度將直接影響系統(tǒng)的掃描精度。一般遇到以下情況需要進(jìn)行標(biāo)定:掃描儀初次使用,或長時間放置后使用;掃描儀使用過程中發(fā)生碰撞,導(dǎo)致相機(jī)位置偏移;掃描儀在運輸過程中發(fā)生嚴(yán)重震動;掃描過程中發(fā)現(xiàn)精度嚴(yán)重下降,如頻繁出現(xiàn)拼接錯誤、拼接失敗等現(xiàn)象;更改掃描范圍時對相機(jī)進(jìn)行位置調(diào)整;掃描精度要求較高時,也可通過重新標(biāo)定獲得。標(biāo)定操作的流程圖如圖2.2所示標(biāo)定操作的流程圖如圖2.2所示圖2.2標(biāo)定流程圖,圖2.2標(biāo)定流程圖,標(biāo)定]相機(jī)應(yīng)用標(biāo)定結(jié)果?TTJJdL亠回Q采秦圉燥下一出圍m動遠(yuǎn)取甬點圖”沖E序圖2.3標(biāo)靶參數(shù)設(shè)置:設(shè)定標(biāo)定板參數(shù)標(biāo)定步驟:(1)將標(biāo)定板放置在合適的位置(投影可以全面覆蓋),點擊“開始標(biāo)
圖2.4(2)點擊“采集圖像”采集標(biāo)定所需的圖像,并自動提取標(biāo)定板圖像內(nèi)的圓心坐標(biāo),得到標(biāo)定相機(jī)和投影儀所需的數(shù)據(jù);如圖2.5。圖2.5(3) 點擊“下一步”,將自動預(yù)覽下一幅圖像;(4) 變換標(biāo)定板的位置,重復(fù)步驟(2)、(3),直至得到13個不同位置下的標(biāo)定數(shù)據(jù);(5) 點擊“標(biāo)定系統(tǒng)”,完成標(biāo)定。注:系統(tǒng)位置和標(biāo)定板姿態(tài)的擺放(共14個姿態(tài))
1)調(diào)整標(biāo)定的一個最佳距離(兩個激光點重合),把標(biāo)定板正對投影儀,作為標(biāo)定第一幅圖像的位置;如圖2.6*n?rIl'zo?-or??二二圖2.62)把系統(tǒng)在第一幅的位置上相對于鏡頭向前移動 50mn左右,作為第2幅的位置;如圖2.7圖2.73)把系統(tǒng)在第二幅的位置上相對于鏡頭向后移動 100mm左右,作為第3幅的位置;如圖2.8
圖2.84)把系統(tǒng)移到第一幅的位置上,把標(biāo)定板擺正并將 D邊墊高5CM作為第4幅的位置;如圖2.9圖2.9圖2.95)把標(biāo)定板旋轉(zhuǎn)180°,將B邊墊高5CM作為第5幅的位置;如圖2.10I~I -_R-I~I -_R-1>丁二<&?-O H?-■■L:4圖2.106)保持系統(tǒng)在第一幅的位置上,把標(biāo)定板C邊或A邊墊高5CM使標(biāo)定板正對開啟的相機(jī),作為第6幅的位置;如圖2.11圖2.117)把標(biāo)定板順時針旋轉(zhuǎn)90°,正對開啟的相機(jī),作為第7幅的位置;如圖2.128)把標(biāo)定板順時針旋轉(zhuǎn)90°,正對開啟的相機(jī),作為第8幅的位置;如圖2.13圖2.139)把標(biāo)定板順時針旋轉(zhuǎn)90°,正對開啟的相機(jī),作為第9幅的位置;如圖2.14圖2.1410)保持系統(tǒng)在第一幅的位置上,將并上下正對開啟的相機(jī),作為第10幅的位置;如圖2.15圖2.15圖2.1511)保持系統(tǒng)在第一幅的位置上,把標(biāo)定板順時針旋轉(zhuǎn) 90,并上下正對開啟的相機(jī),作為第11幅的位置;如圖2.16圖2.1612)保持系統(tǒng)在第一幅的位置上,把標(biāo)定板順時針旋轉(zhuǎn)180°并上下正對開啟的相機(jī),作為第12幅的位置;如圖2.17啟的相機(jī),作為第12幅的位置;如圖2.17圖2.1713)保持系統(tǒng)在第一幅的位置上,把標(biāo)定板順時針旋轉(zhuǎn) 270°,并上下正對開啟的相機(jī),作為第13幅的位置;如圖2.18圖2.1814)在投影可見范圍內(nèi),隨意擺放一個位置作為精度標(biāo)準(zhǔn),并確定能提取出標(biāo)定板上所有的圓心,作為第14幅的位置;如圖2.19圖2.1915)點擊“標(biāo)定系統(tǒng)”完成標(biāo)定過程,點擊“精度評定”得到標(biāo)定結(jié)果如圖2.20。圖2.20
點擊“標(biāo)定系統(tǒng)”完成標(biāo)定過程,點擊“精度評定”得到標(biāo)定結(jié)果。如果標(biāo)定結(jié)果符合要求(最大誤差在土0.05mm以內(nèi)),點擊“結(jié)束標(biāo)定”完成標(biāo)定;如果標(biāo)定結(jié)果不符合要求,點擊“結(jié)束標(biāo)定”,然后重新開始標(biāo)定。3.3、轉(zhuǎn)臺手動操作另打開一個TCPIP窗口界面,本地窗口為10086,連接端口為5500,目標(biāo)IP地址為192.168.125.10,選擇協(xié)議為TCPClient勾選十六進(jìn)制接收框,單擊連接按鈕連接和轉(zhuǎn)臺,具體界面如圖3.1所示。TCPIP傾端口國剛目的她阿亦a.us.ia卞亠注六tsjlI肓空攜收毎|P傾端口國剛目的她阿亦a.us.ia卞亠注六tsjlI肓空攜收毎|P十胃進(jìn)制馳I丘孑?三壬怖紗渥21產(chǎn)屁性召三維科II有隕公弓Ve-sicn:12舉辱邑廠十六進(jìn)制凌送廠自動發(fā)送間隔丨?o?刪晾菲務(wù)器「協(xié)燄選擇廣LCP值TCP'Clwt曠TCPServer接收圉口圖3.1轉(zhuǎn)臺連接界面在發(fā)送框中輸入“ENA”,點擊發(fā)送,啟動轉(zhuǎn)臺。再輸入“SPD10000;STP0;,點擊發(fā)送,設(shè)置轉(zhuǎn)臺的速度和位移信息。移動轉(zhuǎn)臺命令為“QEC+轉(zhuǎn)臺位置所在的脈沖數(shù),如輸入“QEC100000轉(zhuǎn)臺將移動到100000脈沖數(shù)的位置。3.4、路徑規(guī)劃通過手動操作移動機(jī)器人至合適位置;通過TCP發(fā)送QEC命令調(diào)整轉(zhuǎn)臺位置(使用轉(zhuǎn)臺視情況而定);在PowerScan軟件中調(diào)整亮度至合適;掃描工件得到測量數(shù)據(jù);在示教器上保存該位置點的數(shù)據(jù);將此位置的位置點名稱及對應(yīng)的亮度值、掃描數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)臺位置編號記錄下來;
重復(fù)步驟1~6直至將零件掃全。注意:記錄的位置與掃描的數(shù)據(jù)需對應(yīng),如第一個位置對應(yīng)第一個數(shù)據(jù),第十個位置對應(yīng)第十個數(shù)據(jù),否則自動化運行時會出錯。3.5、修改自動化程序代碼將控制柜上的模式選擇大道自動模式。打開 RobotStudio軟件,在控制器選項卡下單擊添加控制器按鈕,將機(jī)器人控制器添加進(jìn)軟件中,在如圖 5.1右側(cè)窗口中右擊RAPID刷新,點開其中的Main_Module,顯示出自動化的運行代碼數(shù),將其修改為記錄的相應(yīng)的轉(zhuǎn)臺參即可。-jAljaEd■?3VW6■-jAljaEd■?3VW6■HfiAMFftur田* 価廠4加朋『%1曲*二1JDL軸?54G曲*二1JDL軸?54G4?4日Arfoim.CfcHQEkalld"1*2,l£d,IX,,bDctBta,'iw-j.lti..Ls..iirrS-sat;■1±T1?IIjjIMI4?StvrtlIF■汁9理1¥鈾亡吐:Trtfh圖5.1單擊獲取寫權(quán)限按鈕,獲得在計算機(jī)上修改代碼的權(quán)限在代碼修改位置和亮度處分別修改記錄的對應(yīng)的目標(biāo)點名稱、亮度值和轉(zhuǎn)臺參數(shù),如圖 5.2所示f_rub1/Mann.Modhile'xi.aitIxT61;sogk&rsgndA圭理匚豹區(qū)處嵐苫::到煦丄更煉二工I毀;luirrine單擊獲取寫權(quán)限按鈕,獲得在計算機(jī)上修改代碼的權(quán)限在代碼修改位置和亮度處分別修改記錄的對應(yīng)的目標(biāo)點名稱、亮度值和轉(zhuǎn)臺參數(shù),如圖 5.2所示f_rub1/Mann.Modhile'xi.aitIxT61;sogk&rsgndA圭理匚豹區(qū)處嵐苫::到煦丄更煉二工I毀;luirrine1;?.戀:?也也趁戲g誼克口二.:蕊購..:iHHILETRUEC-02-5予StartsSocketSenJs0eke Str3-"Q6C0;;5.c:ket^scei'.e50^-ce-l^S上廠:-3上『1雷;111\丁1庁€:=1:3后&36;IF£trinfl:L=0Auto n呂rf‘THEll〔旺b吧md生gckecl\itr:■"Wdc;2WD\t?A,,i1■.-—■-■■■.-■-■-■—.■■■_—_?■■_—_■■■__■■■■--,■■■^-_■_■--..c--.■?■?_劉£?婕迖空BiYJL購勲遇世KLJ!惑史如KiTF電tHPEWWepfLEplPF"TT+FM孫電啤整科SC由口檢□=?:、臨兇曲軻口璘冷雨*一.口"|j.._.nkra.-Hkza.£Jx "I.a^Li.mLJ .L.ZC-圖5.2SocketSendsocket1\Str:='LEDCurrent=070";是投影儀亮度控制代碼,數(shù)值為亮度值,將其修改為記錄的相應(yīng)的亮度值即可,需一直是三位數(shù),不足前面補(bǔ) 0。SocketSendsocket2\Str:='QEC0;";是轉(zhuǎn)臺控制代碼,QEC后數(shù)字為轉(zhuǎn)臺的位置參MoveJtx1O,v1OO,fine,toolO\WObj:=wobjO;是機(jī)器人運動代碼,記錄了下一個點、運動速度等信息,將其修改為記錄的相應(yīng)的點名稱即可。修改完代碼后,單擊檢查程序按鈕,檢查代碼的問題。在單擊應(yīng)用按鈕確認(rèn)修改如圖5.3所示圖5.33.6、自動化運行在確認(rèn)好程序沒有任何問題之后,即可進(jìn)入自動化運行階段。確認(rèn)檔位開關(guān)已轉(zhuǎn)到自動化擋,若無,請調(diào)至自動化擋;確認(rèn)電機(jī)已加電,即點擊上電按鈕燈常亮;打開TCP界面,分別斷開與機(jī)器人和轉(zhuǎn)臺的連接;在示教器的程序界面點擊“PP移動至Main”,并確認(rèn)操作;按下示教器右下方的三角形按鍵運行自動化程序,如圖 6.1所示;圖6.1打開PowerScan軟件,進(jìn)入自動化選項欄,勾選讀取矩陣復(fù)選框,單擊自動測量按鈕啟動自動測量過程。注:關(guān)閉儀器前,現(xiàn)在PowerScan軟件自動化選項欄中勾選自動關(guān)閉復(fù)選框,再關(guān)閉電腦和控制柜開關(guān)。4.注意事項:4.1使用注意事項:先開控制箱電源,再啟動掃描軟件。將工作臺上的雜物清理干凈。光照環(huán)境不好時物件易產(chǎn)生光照誤差,請使用穩(wěn)定光源。掃描物件時,請勿觸碰物件,否則影響掃描效果。5.關(guān)機(jī)時,先關(guān)閉掃描軟件,再關(guān)閉控制箱。4.2設(shè)備注意事項:對于三維掃描儀使用運行環(huán)境,切記要保證潔凈少塵狀態(tài)。只有務(wù)必保證掃描儀的放置運行環(huán)境干凈,才能使得設(shè)備的性能以及內(nèi)部元件不會收到損壞。針對掃描儀的日常清潔,切記不要使用有機(jī)溶劑來進(jìn)行清潔保養(yǎng),這樣不僅容易損壞掃描儀的內(nèi)部元件,還可能導(dǎo)致外殼
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