逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用 第4版 課件 2-1了解數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)

蘇州職業(yè)大學(xué)孫春華了解數(shù)據(jù)采集方法的

分類和特點(diǎn)（熟悉數(shù)據(jù)采集的定義和內(nèi)涵，清楚其重要性。了解數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)，初步學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的選擇）目錄CONTENTS1.數(shù)據(jù)采集的定義了解數(shù)據(jù)采集的定義。2.數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)了解數(shù)據(jù)采集的方式和分類，熟悉不同方法的特點(diǎn)。3.數(shù)據(jù)采集方法的選擇原則了解數(shù)據(jù)采集方法的選擇原則，學(xué)會(huì)如何選擇數(shù)據(jù)采集方法。Part1數(shù)據(jù)采集的定義又稱三維掃描，是指通過特定的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)換成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集定義知識(shí)重溫：逆向工程RE是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品實(shí)物，采集數(shù)據(jù)，重構(gòu)出CAD模型（包括設(shè)計(jì)圖紙或數(shù)字模型）的過程。高效、高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)實(shí)物表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一，是逆向工程中最基本、不可或缺的步驟。Part2數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)Part2數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)工作原理：將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量空間中，測(cè)得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，再根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算求出其尺寸和形位誤差。優(yōu)點(diǎn)：它可以測(cè)量任何工件的任何幾何元素的任何參數(shù)，對(duì)被測(cè)物體的材質(zhì)和色澤也沒有特殊要求，可以達(dá)到很高的測(cè)量精度。CMM對(duì)物體邊界和特征點(diǎn)的測(cè)量相對(duì)精確，對(duì)沒復(fù)雜內(nèi)部型腔、特征幾何尺寸多、只有少量特征曲面的規(guī)則零件的反求特別有效。應(yīng)用：CMM主要用來測(cè)量機(jī)械加工零件的特征尺寸和形位公差，已廣泛用于機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國(guó)防工業(yè)等各領(lǐng)域，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測(cè)量設(shè)備。接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)xPart2數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)工作原理：非接觸式掃描設(shè)備是利用某種與物體表面發(fā)生互相作用的物理現(xiàn)象，如光、聲和電磁等，來獲取物體表面的三維坐標(biāo)信息。分類：非接觸式中，以應(yīng)用光學(xué)原理發(fā)展起來的測(cè)量方法應(yīng)用最為廣泛，如激光三角法、結(jié)構(gòu)光法等。應(yīng)用：其測(cè)量迅速，并且不與被測(cè)物體接觸，因而具有能測(cè)量柔軟質(zhì)地的被測(cè)物體等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。非接觸式光學(xué)掃描Part2數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)光學(xué)掃描儀的工作原理01激光三角法是根據(jù)光學(xué)三角測(cè)距原理，利用光源和光敏元件之間的位置和角度關(guān)系來計(jì)算被測(cè)物體表面點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。02結(jié)構(gòu)光法采用的是照相式三維掃描技術(shù)。在物體表面投射光柵，用兩架攝像機(jī)拍攝發(fā)生畸變的光柵圖像，利用編碼光和相移方法獲得左右攝像機(jī)拍攝圖像上每一點(diǎn)的相位。再利用相位和外極線實(shí)現(xiàn)兩幅圖像上點(diǎn)的匹配技術(shù)，計(jì)算點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)物體表面三維輪廓的測(cè)量。Part2數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)非光學(xué)掃描儀的工作原理01非破壞性有CT測(cè)量法、MRI測(cè)量法、超聲波測(cè)量法。02破壞性層去掃描法工作過程為:將被測(cè)物體用專用樹脂材料（填充石墨粉或顏料）完全封裝，待樹脂固化后，裝夾到銑床上，進(jìn)行微進(jìn)刀量平面銑削，得到包含有被測(cè)物體與樹脂材料的截面；然后由數(shù)控銑床控制工作臺(tái)移動(dòng)到CCD攝像機(jī)下，位置傳感器向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，計(jì)算機(jī)收到信號(hào)后，觸發(fā)圖像采集系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)對(duì)當(dāng)前截面進(jìn)行采樣、量化，從而得到三維離散數(shù)字圖像。Part2數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)接觸式三坐標(biāo)測(cè)量非接觸式激光掃描優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集精度高；可使用的技術(shù)廣泛；具備在一定遮擋場(chǎng)合進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的能力；采集的離散點(diǎn)集使用CAD軟件處理容易；不會(huì)破壞采集對(duì)象。數(shù)據(jù)采集速度快，整個(gè)采集過程時(shí)間短；采集數(shù)據(jù)密度大，有助于改善建模的可視化和細(xì)節(jié)分析；無需過多的數(shù)據(jù)采集路徑規(guī)劃；不破壞采集對(duì)象；可以對(duì)柔軟或易碎對(duì)象進(jìn)行采集。缺點(diǎn)采集過程周期長(zhǎng)，測(cè)頭半徑補(bǔ)償煩瑣；不能對(duì)物體內(nèi)部實(shí)施數(shù)據(jù)采集；對(duì)軟工件或易碎件實(shí)現(xiàn)采集的能力有限；采集前必須制定相應(yīng)的路徑規(guī)劃和策略；探頭的半徑大小限制了對(duì)工件細(xì)部特征的采集。要實(shí)現(xiàn)對(duì)高反射光或分散光的工件表面進(jìn)行采集，需要使用反差劑（顯影劑）；不能對(duì)物體內(nèi)部或者被遮擋的幾何特征進(jìn)行采集；采集所獲得的高密度離散幾何數(shù)據(jù)在許多CAD軟件中很難被處理；技術(shù)成本高；掃描設(shè)備需要與被測(cè)對(duì)象隔開一定的距離。接觸式三坐標(biāo)測(cè)量和非接觸式激光掃描的優(yōu)缺點(diǎn)比較Part2數(shù)據(jù)采集方法的分類和特點(diǎn)不同測(cè)量原理的優(yōu)缺點(diǎn)不同測(cè)量原理測(cè)量精度測(cè)量速度有無形狀限制能否測(cè)內(nèi)腔成本使用范圍三坐標(biāo)法(0.6～30)μm慢有否高不能測(cè)軟質(zhì)材料，環(huán)境要求高激光三角形法±5μm一般有否較高應(yīng)用廣泛結(jié)構(gòu)光法(±1～±3)μm快有否一般應(yīng)用廣泛雙目視覺法0.5mm快有否低應(yīng)用廣泛工業(yè)CT1mm慢無能高有發(fā)展前景核磁共振1mm慢無能高用于醫(yī)學(xué)臨床，用于非生物材料待研超聲波法±(0.5‰H+0.1)mm快無能較低主要用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)尤呙璺?5μm較慢無能高破壞性測(cè)量Part3數(shù)據(jù)采集方法的選擇原則采集精度應(yīng)滿足實(shí)際需要。采集速度采集速度快，盡量減少采集數(shù)據(jù)在整個(gè)逆向過程中所占用的時(shí)間。采集數(shù)據(jù)的完整性盡可能完整，以減少數(shù)模重構(gòu)時(shí)由于數(shù)據(jù)缺失帶來的誤差。是否破壞？盡可能在數(shù)據(jù)采集過程中不破壞采集對(duì)象。采集成本要降低數(shù)據(jù)采集成本應(yīng)根據(jù)被采集對(duì)象的實(shí)際情況，選擇適合的采集方法，或者組合不同數(shù)據(jù)采集方法，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以得到精度高并且完整的掃描數(shù)據(jù)。Part3數(shù)據(jù)采集方法的選擇原則采集對(duì)象：

箱體類鑄件，其外形和型腔不規(guī)則，但卻有許多凸臺(tái)、孔的特征，凸臺(tái)的平面度和孔的精度要求較高。采集方法：

①采用非接觸式掃描快速地獲取箱體的外表面數(shù)據(jù)。

②采用接觸式測(cè)量方法來測(cè)定這些孔的尺寸、相對(duì)位置、精度。案例分析思考與練習(xí)1.數(shù)據(jù)采集為何是逆向工程技術(shù)中最基本的、不可或缺的環(huán)節(jié)？2.如何進(jìn)行數(shù)據(jù)采集方法的分類？3.接觸式和非接觸式數(shù)據(jù)采集方法有何不同？4.如何選擇數(shù)據(jù)采集的方法？5.思考一下，若進(jìn)行文物類采集，在數(shù)據(jù)采集過程中需要注意什么？6.考慮一下，采取什么數(shù)據(jù)采集方法，可