三維數(shù)據(jù)采集三維數(shù)據(jù)采集

院級精品在線課程

項目二三維工程設(shè)計《快速成型技術(shù)與應(yīng)用》2-3三維數(shù)據(jù)采集了解逆向工程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類及相應(yīng)的測量原理，掌握接觸式測量與非接觸式測量的不同技術(shù)特點。通過數(shù)據(jù)采集案例，了解三維數(shù)據(jù)采集的流程及方法。能力目標知識要點了解逆向工程數(shù)據(jù)采集方法及種類數(shù)據(jù)采集方法及分類掌握接觸式測量與非接觸測量技術(shù)特點接觸式測量和非接觸測量了解數(shù)據(jù)采集的流程掃描前處理、掃描規(guī)劃、掃描學(xué)習(xí)目標表面數(shù)據(jù)測量非接觸式接觸式光學(xué)式非光學(xué)式觸發(fā)式機械手臂三角形法結(jié)構(gòu)光法激光干涉法計算機視圖法

CT測量法MRI測量法層切法超聲波法一、數(shù)據(jù)獲取方法的分類接觸測量，點測量精度幾個μm測量速度慢二、接觸式數(shù)據(jù)掃描——三坐標測量機CMM

567接觸式測量特點測量精度高與被測物體表面的顏色、外形無關(guān)，對光強無要求可直接測量特征尺寸測量速度慢適用于硬質(zhì)表面，軟質(zhì)表面易變形球頭半徑補償測量時需要固定和定位基準非接觸測量，線測量精度幾十個μm測量速度較快三、非接觸式光學(xué)掃描——激光掃描測量三、非接觸式光學(xué)掃描——激光掃描測量牙頜的點云和反求11點云網(wǎng)格藝術(shù)品的點云和反求三、非接觸式光學(xué)掃描——結(jié)構(gòu)光掃描測量采用的照相式三維掃描技術(shù)。利用相位和立體視覺技術(shù)的結(jié)合，在物體表面投射光柵。利用相位和外極線實現(xiàn)兩幅圖像上的點的匹配，利用定標了的攝像機系統(tǒng)，計算點在三維空間坐標，以實現(xiàn)物體表面三維輪廓的測量。以德國Gom公司為代表的Atos三維光學(xué)掃描儀是基于雙目式光柵投影測量技術(shù)的設(shè)備。國外稱為whitelightscanner,白光3D掃描儀非接觸掃描儀—結(jié)構(gòu)光三維掃描儀北京天遠OKIO-I/II/V3DSSLED白光掃描儀XTOM型三維光學(xué)面掃描儀

三、非接觸式光學(xué)掃描——特點

(1)測量速度快，不必逐點測量，測量面積大，數(shù)據(jù)較為完整。

(2)可以直接測量材質(zhì)較軟以及不適合直接接觸測量的物體，如橡膠、紙制品、工藝品、文物等。

(4）對零件表面的反光程度、顏色等有較高要求，工件表面的明暗程度會影響測量的精度。

(5)測量精度一般，特別是相對于接觸式測頭測量數(shù)據(jù)而言。

(6)對于一些細節(jié)位置，如邊界、縫隙、曲率變化較大的曲面容易丟失數(shù)據(jù)。

(7)陡峭面不易測量，激光無法照射到的地方便無法測量。四、非接觸式非光學(xué)掃描——斷層掃描可以測量物體表面、內(nèi)部和隱藏結(jié)構(gòu)特征

破壞性測量——層去掃描法非破壞性測量——CT測量法——MRI測量法

——超聲波測量法結(jié)構(gòu)光、激光掃描儀和三坐標測量機比較

結(jié)構(gòu)光（白光）激光掃描儀三坐標測量機系統(tǒng)體積小一般大系統(tǒng)重量輕、方便移動一般、可移動重、不可移動掃描方式面點、線點測量精度高較高高測量范圍大一般小測量時間小于5秒10分鐘--數(shù)小時數(shù)小時--數(shù)天安裝設(shè)置簡單一般需調(diào)試維護難度容易一般難、嚴格工作環(huán)境不嚴格一般嚴格適用范圍所有物體廠家不同而不同硬物體的測量掃描精度應(yīng)滿足實際的需要；掃描速度快，盡量減少測量在整個逆向過程中所占有的時間；數(shù)據(jù)掃描要完整，以減少數(shù)模重構(gòu)由于數(shù)據(jù)缺失帶來的誤差；數(shù)據(jù)掃描過程中不能破壞原型；降低數(shù)據(jù)掃描成本。數(shù)據(jù)掃描滿足以下要求：對自由曲面形狀物體的數(shù)據(jù)掃描一般用非接觸光學(xué)測量的方法，對規(guī)則形狀物體的數(shù)據(jù)掃描一般用接觸式測量。非接觸光學(xué)掃描的前處理

表面處理

（1）噴亞光漆、白色顯像劑：黑色銹蝕表面、透明表面、反光面（2）清洗：工件表面的灰塵、鐵屑等更會帶來測量數(shù)據(jù)的噪聲，造成點云數(shù)據(jù)不佳。

非接觸光學(xué)掃描的前處理

貼標記點或標識點

(1)對于一些大型物體（比如汽車覆蓋件），或者需要多幅測量進行拼接時，需要根據(jù)視角在物體的表面貼上一些標記點。

(2)標記點用來協(xié)助坐標轉(zhuǎn)換的，是多視覺注冊拼合的特征點。(3)標記點可以是掃描物體本身的特征點、可以用筆畫在紙上的標記、或用橡皮泥捏成的標記點。如果自動拼合，標記點是一個個黑白的專用標記點掃描規(guī)劃精確掃描——對曲率變化大的地方數(shù)據(jù)盡量采集完整；高效掃描——數(shù)據(jù)掃描的次數(shù)少、數(shù)據(jù)量盡量小、縮短掃描時間。2.數(shù)據(jù)處理

目的：獲得完整、正確的測量數(shù)據(jù)以方便后續(xù)的造型工作。

主要工作：點云拼合、數(shù)據(jù)過濾及平滑、球頭半徑補償、數(shù)據(jù)精簡、數(shù)據(jù)分割22拼合點云實例發(fā)動機罩測量點云拼合前發(fā)動機罩測量點云拼合后23切分窗口拼接后的整體圖像24數(shù)據(jù)測量與處理實例例：汽車覆蓋件——點云數(shù)據(jù)的處理（900,000個點）原始數(shù)據(jù)：體外點，噪聲點25刪除體外點26刪除噪聲點27消除體外點及噪聲點后的點云28效果比較29數(shù)據(jù)精簡：150,000301.數(shù)據(jù)掃描方法可以分為接觸式和非接觸式兩大類。2.非接觸光學(xué)掃描是逆向數(shù)據(jù)采集的主要方法。非接觸光學(xué)掃描設(shè)備很多，不同的掃描設(shè)備，雖然由于掃描的原理不同，掃描軟件操