三維掃描設(shè)備

1、模具關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用,三維掃描設(shè)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(méi)有產(chǎn)品原始圖樣、文檔的情況下，對(duì)產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行測(cè)量和工程分析，經(jīng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、重構(gòu)幾何模型，并由數(shù)控機(jī)床重新加工復(fù)制出產(chǎn)品的過(guò)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(shè)計(jì)到具體模型設(shè)計(jì)再到成品的生產(chǎn)制造過(guò)程。,逆向工程概述,1.逆向工程的定義 逆向工程強(qiáng)調(diào)的是從現(xiàn)有模型（產(chǎn)品樣件、實(shí)物模型等）經(jīng)過(guò)一定的手段轉(zhuǎn)化為概念模型和工程設(shè)計(jì)模型，如利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)學(xué)模型重構(gòu)，或者直接將

2、這些離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成NC程序進(jìn)行數(shù)控加工而獲取成品的過(guò)程，是對(duì)已有產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)、再創(chuàng)造的過(guò)程。以此我們可以簡(jiǎn)單理解為：,逆向工程概述,2.逆向工程的應(yīng)用,逆向工程概述,用于實(shí)物抄數(shù)，加快設(shè)計(jì)速度,逆向工程概述,以微軟公司生產(chǎn)的鼠標(biāo)器為例，就其功能而言，只需要有三個(gè)按鍵就可以滿足使用需要，但是，怎樣才能讓鼠標(biāo)器的手感最好，而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用也不易產(chǎn)生疲勞感卻是生產(chǎn)廠商需要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。因此微軟公司首先根據(jù)人體工程學(xué)制作了幾個(gè)模型并交給使用者評(píng)估，然后根據(jù)評(píng)估意見(jiàn)對(duì)模型直接進(jìn)行修改，直至修改到大家都滿意為止，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(chǎng)后，由于外觀新穎、曲線流暢

3、，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(rèn)可，產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率大幅度上升。,用于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì),逆向工程概述,用于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì) 應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)，因?yàn)檫@兩個(gè)領(lǐng)域?qū)諝鈩?dòng)力學(xué)性能要求很高，在產(chǎn)品開發(fā)的開始階段就要認(rèn)真考慮空氣動(dòng)力性。常規(guī)的設(shè)計(jì)流程首先根據(jù)工業(yè)造型需要設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)，制作出油泥模型之后將其送到風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室去測(cè)量空氣動(dòng)力學(xué)性能，然后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)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要的模型。如何將油泥模型的外形精確地輸入計(jì)算機(jī)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(biāo)測(cè)量?jī)x器測(cè)出模型表面點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，然后利用

4、逆向工程軟件進(jìn)行重建，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和消費(fèi)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(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。,逆向工程概述,用于精密零部件的尺寸檢驗(yàn),逆向工程概述,用于模具制造和翻新,由于相關(guān)學(xué)科發(fā)展水平的限制，對(duì)零件的功能和性能分析還不能完全由CAE來(lái)完成，往往需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定零件形狀，如在模具制造中經(jīng)常需要通過(guò)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(cè)量并反求出其CAD模型在再次制造該模具時(shí)就可運(yùn)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,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

5、究對(duì)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CAD/CAM系統(tǒng)構(gòu)造實(shí)物的CAD模型，輸出NC加工指令或用STL文件驅(qū)動(dòng)快速成型機(jī)制造出產(chǎn)品或原型，其工藝流程如下圖所示。,實(shí)物原型,三維數(shù)據(jù)掃描,數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)重構(gòu)（CAD）、 CAE分析、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等,快速成型制造,STL文件,產(chǎn)品,NC加工,NC代碼生成,產(chǎn)品,快速模具制造,產(chǎn)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(guó) 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(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī) 零部件等設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。該軟件擁有廣大的用戶群，國(guó)外有 BMW、Boein

6、g、GM、Chrysler、Ford、Toyota等著名國(guó)際大公司，國(guó)內(nèi)則有上海大眾、上海DELPHI、成都飛機(jī)制造公司等大企業(yè)。 由美國(guó)Raindrop(雨滴)公司出品的逆向工程和三維檢測(cè)軟件 Geomagic Studio可輕易地從掃描所得的點(diǎn)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(dòng)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。 CopyCAD 是由英國(guó)DELCAM公司出品的功能強(qiáng)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(lái)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(lái)自坐標(biāo)測(cè)

7、量機(jī)床的數(shù)據(jù)，同時(shí)跟蹤機(jī)床和激光掃描器。,逆向工程概述,RapidForm是韓國(guó) 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(yùn)算模式，可實(shí)時(shí)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)算出無(wú)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(yùn)用范圍擴(kuò)大，改善掃描品質(zhì)。 CATIA是法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司開發(fā)的高檔CAD/CAM軟件。CATIA軟件以其強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)功能而在飛機(jī)、汽車、輪船等設(shè)計(jì)領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。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(lái)支持用戶的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲線曲面功能，

8、次數(shù)能達(dá)到15，能滿足特殊行業(yè)對(duì)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(shù)據(jù)質(zhì)量受到影響。（2）禁止碰觸相機(jī)鏡頭和光柵投射器鏡頭。（3）掃描頭扶手僅在用于云臺(tái)對(duì)掃描頭做上下、水平、左右調(diào)整時(shí)使用。嚴(yán)禁在搬運(yùn)掃描頭時(shí)使用此扶手。,三維掃描系統(tǒng)硬件介紹,云臺(tái),調(diào)整云臺(tái)旋鈕可使掃描頭進(jìn)行多角度轉(zhuǎn)向。,三維掃描系統(tǒng)硬件介紹,三腳架,調(diào)整三腳架旋鈕可對(duì)掃描頭高低進(jìn)行調(diào)整。 注意：云臺(tái)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(huì)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

9、系統(tǒng)損壞；也可能在掃描過(guò)程中硬件系統(tǒng)晃動(dòng)，對(duì)掃描結(jié)果產(chǎn)生影響。,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,掃描系統(tǒng)運(yùn)行后，首先顯示如下圖所示界面。,1.標(biāo)題欄：掃描系統(tǒng)名稱 2.菜單欄：包括所有的操作選項(xiàng) 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,相機(jī)參數(shù)標(biāo)定 相機(jī)參數(shù)標(biāo)定是整個(gè)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(jìn)行標(biāo)定。另外，在以下幾種情況下也要進(jìn)行標(biāo)定： 1.對(duì)掃描系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)途運(yùn)輸； 2.對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)整； 3.硬件發(fā)生碰撞或嚴(yán)重震動(dòng)。,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,標(biāo)定步驟 1.啟動(dòng)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

10、計(jì)算機(jī)等）。啟動(dòng)專用計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)硬件系統(tǒng)，使掃描系統(tǒng)預(yù)熱510分鐘，以保證標(biāo)定狀態(tài)與掃描狀態(tài)盡可能相近。點(diǎn)擊左面快捷圖標(biāo)啟動(dòng)軟件，點(diǎn)擊“掃描標(biāo)定切換”按鈕，進(jìn)入軟件標(biāo)定界面。 2.調(diào)整相機(jī)參數(shù)：通過(guò)“相機(jī)參數(shù)調(diào)整”對(duì)話框中的曝光與增益滑動(dòng)條調(diào)整相機(jī)的亮度與對(duì)比度，并觀察相機(jī)實(shí)時(shí)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,3.調(diào)整掃描距離：在打開標(biāo)定界面時(shí)，相機(jī)實(shí)時(shí)顯示區(qū)會(huì)顯示一個(gè)白色“十字”將相機(jī)實(shí)時(shí)顯示區(qū)劃分為兩個(gè)同樣面積的區(qū)域。這時(shí)光柵投射器會(huì)投出一個(gè)黑色的“十字”，這樣會(huì)在同一個(gè)顯示區(qū)出現(xiàn)兩個(gè)十字叉。將標(biāo)定板放置在視場(chǎng)中央，通過(guò)調(diào)整硬件系統(tǒng)的高度以及俯仰角，使兩個(gè)十字叉盡可能

11、重合。,標(biāo)定步驟,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,標(biāo)定步驟 4.調(diào)整標(biāo)定板，根據(jù)界面左上角的標(biāo)定指示操作，開始標(biāo)定。注意：在每個(gè)步驟中，都需觀察左標(biāo)志點(diǎn)提取顯示區(qū)，使板上的99個(gè)標(biāo)志點(diǎn)均處于視場(chǎng)內(nèi)，且至少88個(gè)標(biāo)志點(diǎn)提取成功才能進(jìn)行標(biāo)定（下一步）操作。,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,步驟一：將標(biāo)定板水平放置，放置方向?yàn)椋壕嚯x最近的兩個(gè)大標(biāo)志點(diǎn)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(gè)“十字”盡可能重合。點(diǎn)擊“標(biāo)定”，此時(shí)完成了第一步。,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,步驟二：標(biāo)定板不動(dòng)，調(diào)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(shè)備軟件系統(tǒng)操

12、作,步驟三：標(biāo)定板不動(dòng)，調(diào)整三腳架，使硬件系統(tǒng)高度降低80mm，單擊“下一步”，然后再調(diào)整三腳架，將硬件系統(tǒng)提升40mm，進(jìn)入下一步 。,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,步驟四：硬件系統(tǒng)高度不變，將標(biāo)定板旋轉(zhuǎn)90度，墊起與相機(jī)同側(cè)下方一角，角度約為20度，讓標(biāo)定板正對(duì)光柵投射器，完成第四步。,三維掃描設(shè)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(biāo)定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90度，完成第五步。,三維掃描設(shè)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(biāo)定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90度，完成第六步。,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,步驟七：硬件系統(tǒng)高度不變，將標(biāo)定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90度，墊起與相機(jī)

13、異側(cè)一邊，角度約為30度，讓標(biāo)定板正對(duì)相機(jī)，完成第七步。,三維掃描設(shè)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(biāo)定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90度，完成第八步。,三維掃描設(shè)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(biāo)定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90度，完成第九步。,三維掃描設(shè)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(biāo)定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90度，完成第十步。,三維掃描設(shè)備軟件系統(tǒng)操作,在上述十步全部完成后，軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理與計(jì)算，得到掃描系統(tǒng)所需的各項(xiàng)參數(shù)，并在標(biāo)定信息顯示區(qū)給出標(biāo)定結(jié)果。,注意：標(biāo)定不成功會(huì)提示“標(biāo)定誤差較大，請(qǐng)重新標(biāo)定”。,三維

14、掃描設(shè)備操作與注意事項(xiàng),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(xiàng),二、掃描前準(zhǔn)備工作 1.提高點(diǎn)云質(zhì)量解決方案,（1）掃描時(shí)外部環(huán)境光線不要太強(qiáng)，暗室操作效果更佳 （2）深色或反光的物體要噴顯像劑進(jìn)行掃描（注：顯像劑要噴的均勻且?。?（3）掃描物體表面需光滑，否則后期處理會(huì)清理不干凈 另外，應(yīng)給被掃描工件準(zhǔn)備一個(gè)顏色較暗的背景，最好是黑色（掃描系統(tǒng)對(duì)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。,顯像劑,深色物體,反光物體,三維掃描設(shè)備操作與注意事項(xiàng),二、掃描前準(zhǔn)備工作 2.掃描策略的制定,在對(duì)被掃描工件進(jìn)行掃描時(shí)，需要經(jīng)過(guò)多角度、多范圍的多次掃描，才

15、能完成對(duì)被掃描工件的完整掃描。掃描系統(tǒng)采用標(biāo)志點(diǎn)（掃描系統(tǒng)會(huì)精確、自動(dòng)的提取標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)）來(lái)實(shí)現(xiàn)多次掃描數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，即將每次生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)均統(tǒng)一到公共坐標(biāo)系，從而完成點(diǎn)云的自動(dòng)拼接。 掃描系統(tǒng)要求在本次掃描中，至少能攝取到3個(gè)在之前掃描時(shí)提取出的標(biāo)志點(diǎn)。同時(shí)要求這3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)盡可能不共線，且不對(duì)稱（例如其中3個(gè)不能構(gòu)成等邊或等腰三角形）。 掃描策略對(duì)于整個(gè)掃描項(xiàng)目是非常重要的，因此在掃描之前就應(yīng)該進(jìn)行制訂。針對(duì)一個(gè)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)備操作與注意事項(xiàng),二、掃描前準(zhǔn)備工作 2.掃描策略的制定,策略一：被掃描工件大小

16、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(gè)合適的掃描次序，保證本次掃描與之前掃描提取出的標(biāo)志點(diǎn)均有至少3個(gè)公共點(diǎn)即可。,三維掃描設(shè)備操作與注意事項(xiàng),二、掃描前準(zhǔn)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(guò)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(cè)量系統(tǒng)）。在這種情況下，第一次掃描應(yīng)從可得到最多標(biāo)志點(diǎn)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(xiàng),二、掃描前準(zhǔn)備工作 2.掃描策略的制定,策略三：上述兩個(gè)策略中，標(biāo)志點(diǎn)均粘貼在工件表面上。這兩個(gè)策略的優(yōu)點(diǎn)是被掃描工件可以隨意移動(dòng)或

17、轉(zhuǎn)動(dòng)，但帶來(lái)的缺點(diǎn)是粘貼標(biāo)志點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生較多的環(huán)狀空洞（因標(biāo)志點(diǎn)外圍是黑色的，掃描系統(tǒng)將不會(huì)產(chǎn)生掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)）。然而，在實(shí)際掃描中，如果工件不易搬動(dòng)，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(tái)裝置上。標(biāo)志點(diǎn)可以粘貼在被掃描工件周圍的轉(zhuǎn)臺(tái)表面上（如圖），這種粘貼方案可以有效減少工件表面的標(biāo)志點(diǎn)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(tái)有任何的相位位移，否則會(huì)造成拼接誤差增大，甚至導(dǎo)致掃描項(xiàng)目失敗。,三維掃描設(shè)備操作與注意事項(xiàng),二、掃描前準(zhǔn)備工作 3.標(biāo)志點(diǎn)粘貼注意事項(xiàng) 1.標(biāo)志點(diǎn)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(yuǎn)一些； 2.標(biāo)志點(diǎn)不要貼在一

18、條直線上，且盡量要不對(duì)稱粘貼； 3.公共標(biāo)志點(diǎn)至少為3個(gè)，由于圖像質(zhì)量、掃描角度等多方面原因，有些標(biāo)志點(diǎn)不能正確識(shí)別，因而建議用盡可能多的標(biāo)志點(diǎn)，一般57個(gè)為宜； 4.標(biāo)志點(diǎn)應(yīng)使相機(jī)盡可能多的角度可以同時(shí)看到； 5.粘貼的標(biāo)志點(diǎn)要保證掃描策略的順利實(shí)施，并使標(biāo)志點(diǎn)在長(zhǎng)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(xiàng),二、掃描前準(zhǔn)備工作 3.標(biāo)志點(diǎn)粘貼注意事項(xiàng) 標(biāo)志點(diǎn)粘貼示意圖：,錯(cuò)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(xiàng),三、掃描過(guò)程 1.新建工程 點(diǎn)擊“新建工程”按鈕，會(huì)彈出如圖所示對(duì)話框。,三維掃描設(shè)備操作與注意事項(xiàng),三、掃描過(guò)程 1.新建工程 步驟一：調(diào)整掃描距離,掃描工件步驟一,三維掃描設(shè)備操作與注意事項(xiàng),步驟二：?jiǎn)螏瑨呙瑁ㄏ到y(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行單幀掃描。結(jié)果在如圖所示的“三維點(diǎn)云顯示區(qū)”顯示三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。）,掃描工件步驟二,三維掃描設(shè)備操作與注意事項(xiàng),步驟三：檢查工程信息。（每次單幀掃描完成后，都應(yīng)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(shè)備操作與注意事