三維掃描技術應用.ppt

1、三維掃描技術及產(chǎn)品應用交流 張樂奎 郵箱：lk_ 手機電話交流內(nèi)容： 三維激光掃描儀的建模技術與應用 激光三維掃描儀 結構光三維掃描儀 部分應用案例,快速成型流程圖,三維掃描采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理（自由建模）,快速成型系統(tǒng)制作原型件,驗證，真空澆注小批量生產(chǎn),逆向工程模塊,逆向工程模塊會用到的設備及軟件,數(shù)據(jù)采集設備：三維掃描儀、測量臂、三坐標等 數(shù)據(jù)處理軟件：逆向工程軟件、逆向檢測軟件等 數(shù)據(jù)二次設計系統(tǒng)：Freeform自由建模系統(tǒng)、UG、Pro/E等,數(shù)據(jù)采集設備暨三維掃描技術的一般說明,所謂三維 三維技術的主要應用領域 三維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方

2、式 三維數(shù)據(jù)的獲取方法 各方法的特點比較,數(shù)據(jù)采集設備暨三維掃描技術的一般說明,所謂三維 我們生活的空間是三維世界 在幾何上，我們用XYZ值來表示三維空間的一個點 我們用兩個點表示一條直線 我們用三個點表示一個平面 -點線面構成了地球上的所有基本形狀,所以，三維數(shù)據(jù) 采集設備利用的就是這種最基本的道理，利用三角測量法來獲得空間點的坐標位置。,數(shù)據(jù)采集設備暨三維掃描技術的一般說明,三維技術的主要應用領域,工業(yè)建模與測量 Industry Modeling and Mersuring 2. 工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測與監(jiān)測 Qulity Inspection 3. 虛擬現(xiàn)實與仿真模擬 VR and Simu

3、lation 4. 數(shù)字化工程 Digital Project 例：數(shù)字北京/奧運/博物館/ 校園，標本制作，文物保護 5. 醫(yī)療美容整形 6. 建筑設計與環(huán)境設計 7. 土木工程 8. 公安與軍事,三維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式 1. 黑白點 Points without color 2. 彩色點 Points with color 3. 黑白小三角平面 Flat without color 4. 彩色小三角平面 Flat with color 5. 黑白渲染 Smooth without color 6. 彩色渲染 Smooth with color 7. 黑白線段 Wireline without

4、color 8. 彩色線段 Wireline with color,數(shù)據(jù)采集設備暨三維掃描技術的一般說明,一般性的應用流程 例子：生物工程制造領域內(nèi)的應用方法 1. 掃描某個物體(骨頭),或某個部位(耳朵) 2. 快速建立該三維模型(拼接,合成等) 3. 轉換成STL格式或其他格式 4. 利用快速成型設備制造 5. 提供研究人員使用 6. 將三維數(shù)據(jù)顯示在三維屏幕上 虛擬手術方案 例如: 日本的癌癥中心,數(shù)據(jù)采集設備介紹,激光三維掃描儀部分,1.日本柯尼卡美能達系列三維激光掃描儀 2.加拿大CREAFORM手持式三維激光掃描儀 3.加拿大NDI手持式三維激光掃描儀,何謂 非接觸式三維掃描儀？,

5、1 .照到被測體的 測定光,2.由另一個視點的鏡頭接受反射光,3.迅速傳輸?shù)礁呙芏热S空間坐標值,通俗的說：非接觸式三維掃描儀相對于傳統(tǒng)的三坐標等測量設備而言的， 它通過光學上的反射，利用科學的計算方法獲取物體表面的空間坐標值。,Konica Minolta三維掃描儀總覽,Vivid9i,Vivid910,Range 7 Range 5,三維掃描儀 逆向工程的首選系統(tǒng),柯尼卡美能達 三維掃描儀 RANGE7 / RANGE5,柯尼卡美能達 三維掃描儀 -解讀,1.適合掃描復雜曲面 2.可以無需噴涂就能掃描黑色物體及表面反光物體 3.無需貼點 4.掃描速度快，校準簡便 5.掃描范圍大，配合照相系

6、統(tǒng)可以掃描整車 6.COMS鏡頭，可以處理大容量數(shù)據(jù)。 7.點云數(shù)據(jù)，24位真彩色。 8.適用于逆向及檢測，工業(yè)方面應用較多。,人體計測,文物/醫(yī)療/工業(yè),（）VIVID700 簡単高速,（）VIVID300,（）VIVID900,（）VIVID910 精度提高,柯尼卡美能達三維掃描儀發(fā)展史,完美適合工業(yè)應用,（）VIVID i 精度提高 可靠性提高,3D-CAD的普及和需求的増大,（9）7,精度更上一城樓 更高可靠性 快速、輕便,NEW,激光,被測定物,CMOS感光器,131萬畫素（12801024）,利用激光掃描,CMOS感光器 接受物體的放射光,三角測量原理,可在普通的照明環(huán)境下測量，無

7、需在暗室操作,激光切斷法,柯尼卡美能達三維掃描儀測量原理,自由曲面多 測量部位多,適合于非接觸式的測量物,鑄造件,鍛造件,板金件,金屬板,工具関係等,樹脂成型件,葉輪,測量此類工件 非接觸三維掃描儀大有用武之地！ 柯尼卡美能達三維掃描儀客戶遍及各行各業(yè)。,RANGE7測量演示,掃描數(shù)據(jù)的拼接 旋轉臺（選配件）進行拼接 根據(jù)對應點的指定拼接 利用標識點進行拼接,主測定,不止表面、結構面的骨架和孔洞根部也可測量！,準確再現(xiàn) 復雜結構,精度檢測上使用的球規(guī),在柯尼卡美能達，采用德國的VDI/VDE2634Part2標準球規(guī)的方法，測量各球間距離。測量在特定空間內(nèi)的10個位置的球規(guī)作為出廠標準。,通過

8、非接觸式三維掃描儀 得到三維CAD數(shù)據(jù),1、掃描整個樣件（或需要測量的局部） 從不同角度進行測量，軟件自動拼合 得到可編輯的點云數(shù)據(jù) 參數(shù)化設計,應用1,逆向設計,詳解：非接觸式方法 實現(xiàn)逆向設計,2.、對掃描數(shù)據(jù)進行初步處理，然后進行參數(shù)化設計 NURBS曲面：自動鋪面功能 基于點云數(shù)據(jù)的參數(shù)化設計,應用1,我們的系統(tǒng)包含了對PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS的軟件接口，連同設計歷史一起導入,輔助案例：汽車反光鏡逆向設計,1. 制造模型,3.生成面片數(shù)據(jù),4. 為三維CAD/CAM生成曲面數(shù)據(jù),2. 由RANGE7 掃描,6. 導出到 CAD/CAM,5. 曲面質(zhì)量檢測 （曲

9、面連續(xù)性）,主管Fukuda先生說使用之后將典型的工作流程從4星期縮短為2星期！,應用,從三維掃描儀輸出STL格式 輸入快速成型機 調(diào)整數(shù)據(jù)大小 輸出打印樣品 樣品的查看 小批量生產(chǎn),應用2,通過非接觸式三維掃描儀 得到三維掃描數(shù)據(jù),無需特殊處理，STL文件可直接打印！,另外應用,檢測/測量：得到三維數(shù)據(jù)后，在軟件中選取所關注的尺寸（角度、長度、形位公差等），軟件自動測量； 與CAD模型進行對比，根據(jù)零件裝配的需要，軟件提供多種對齊方式，用彩虹圖的方式直觀的表現(xiàn)出輪廓誤差； 3D GD&T,加拿大Creaform手持式三維激光掃描儀,工作原理:自定位測量,在需要掃描物體表面的任意位置貼上標志點

10、,高速的CCD照相系統(tǒng)辨認所有點組成的三角面,并且在屏面上可以實時的看到這些不斷被掃描出來的面,同時捕捉到4個標記點,產(chǎn)品線：,系統(tǒng)特點： 1.手持式，便攜 2.自動拼接 3.直接輸出STL格式，不是原始點云 4.精度一般，價位較低 5.多應用于文物及教育行業(yè) 6.適合掃描大型件 7.需要貼點,ZSCANNER手持式三維激光掃描儀,ZCORPORATION公司貼牌 Creaform公司產(chǎn)品 ZCORP做三維打印機,加拿大NDI手持式三維激光掃描儀,Vicrascan,系統(tǒng)特點,1.掃描原理和HandyScan一樣，需要捕捉標記點 2.導出的是點云數(shù)據(jù) 3.激光線掃描（非十字交叉線） 4.無需噴

11、涂，可以掃描黑色物體 5.價位低，便攜 6.精度一般，屬中低端產(chǎn)品 7.目前產(chǎn)品線單一。,三種系統(tǒng)概況,柯尼卡美能達： 中高端產(chǎn)品，價位較高，其中VIVID系列偏低。 廣泛用于工業(yè)領域及教育行業(yè)等。性能穩(wěn)定，便攜，數(shù)據(jù)噪音小。 無需貼點，個別物體無需噴涂。保證精度4u. 線掃描，CMOS鏡頭，可以處理大容量數(shù)據(jù)。 可以獲得彩色數(shù)據(jù)，導出數(shù)據(jù)是點云。 適合掃描中型件，RANGE系列適合掃描小型精密件。對于深孔或槽及薄壁件有優(yōu)勢。 Creaform Handyscan 中低端產(chǎn)品，價位偏低，部分產(chǎn)品價位偏高。 廣泛用于文物及教育行業(yè)，便攜，穩(wěn)定性一般，數(shù)據(jù)噪音偏高。 需要貼點，需要噴涂。保證精度4

12、-5u。 十字交叉線掃描，以標記點定位。CCD鏡頭，處理大容量數(shù)據(jù)一般。 導出數(shù)據(jù)格式不是點云，是三角網(wǎng)格化的STL格式，數(shù)據(jù)經(jīng)過自帶軟件光順處理。 便攜，小巧，適合掃描中大型件，對精密件掃描不是長項。 產(chǎn)品線齊全。 NDI VicraScan 中低端產(chǎn)品，價位偏低，產(chǎn)品單一。 需貼點噴涂，部分黑色物體不需要噴涂。便攜，單線掃描。 導出數(shù)據(jù)是點云，適合掃描中大型件，精度一般4-5u. 應用于文物考古教育行業(yè)。 未來是Handyscan的強力競爭對手。,數(shù)據(jù)采集設備介紹,以SOLUTIONIX三維掃描儀為說明 特點： 具有代表性 和ATOS競爭 中高端設備 設備獨特,結構光三維掃描儀,1.SOL

13、UTIONIX REXCANIII系列三維掃描儀,照相機 1,照相機 2,白光發(fā)射儀,照相機 1,照相機 2,白光發(fā)射儀,利用白光技術發(fā)射多組條紋到待掃描物體上 利用照相機拍攝到的數(shù)據(jù)計算物體表面的坐標信息 (區(qū)域掃描),2.Rexcan III 逆向工程中更好的解決方案,與ARX全面兼容、全/半自動掃描過程 20種不同的掃描區(qū)域設置,更多的細節(jié)數(shù)據(jù)，更高的精確度 雙相機 (最高可達500萬像素) 更強的縱向掃描能力（掃描深度）,令整個掃描過程更快、更簡單,REXCANIII系列,英國硬幣 10分,3.Rexcan III 高品質(zhì),解析度: 雙相機，高解析度(最高可達500萬像素) 更精銳的三

14、維數(shù)據(jù),三角測量角度: 10 可測量凹陷直徑: 10mm 該凹陷直徑的掃描深度: 15.2mm,三角測量角度為25時,三角測量角度為10 時,V.S.,掃描深度,3-1.Rexcan III 高品質(zhì),深度/直徑比率 1.5,更小的三角測量角度令縱向掃描距離(掃描深度)更長,Rexcan III 10的三角測量角度,10 ,4.REXCANIII數(shù)據(jù)樣本更細節(jié)更干凈,5.REXCANIII更快更簡單的掃描過程,放置參照目標點,多角度掃描 (移動物體或掃描儀),基于目標點的自動數(shù)據(jù)聯(lián)合 （多次掃描結果）,數(shù)據(jù)整合,STL格式數(shù)據(jù)輸出(逆向設計或檢查用),or,6.REXCANIII高適用性,掃描區(qū)

15、域 支持20種不同的掃描空間范圍,Unit: mm,REXCAN III系統(tǒng)解讀,1.高分辨率 2.高精度，高精確度 (達0.01個毫米) 3.較少的盲點（10掃描位置） 4.強大的數(shù)據(jù)處理能力 5.Rexcan III-靈活掃描特點： a. 多個鏡頭掃描軌道 b. 多個掃描范圍 c. 靈活的升級模式(全球唯一),6.Rexcan III簡便快捷特點： a.遙控操作 b.掃描范圍的變更 c.快捷的校準系統(tǒng) d.批數(shù)據(jù)處理 e.更輕便更強大 7.Rexcan III其他特點補充說明： a.全尺寸測量 b.精度高,速度極快. c.標志點全自動拼接 d.便攜式設計,對環(huán)境條件不敏感,精度高，速度快，

16、高端設備，結構光掃描，廣泛用于工業(yè)領域，掃描精密小型件是強項,三維激光掃描儀的建模技術與應用 Scanning And Modeling Technology,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,大型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a Big 3D object and modeling,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,小型物體：牙齒，工廠零部件，人體，汽車，有形文物， 數(shù)字博物館恐龍，化石，石窟,掃描小型物體的關鍵技術：K

17、ey Point 1. 速度 High Speed 2. 精度(理想要求與實際現(xiàn)狀) High Accuracy 3. 軟件 Modeling Software 高級建模軟件 (Polyworks,Rapidform,Geomatic,Surface) 其他后處理軟件(Pro/E, UG, I-Deas, Catia, 3D-Max, Maya) 4. 技術 Technical,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,小型物體的三維數(shù)字化步驟: Steps of Digital for a Object 1. 多次多方向

18、掃描物體的各部位異坐標系的點云數(shù)據(jù) 2. 坐標系的擬合統(tǒng)一坐標系的點云數(shù)據(jù)集合 3. 點云數(shù)據(jù)的自動合成與三角形化單層無縫隙的模型 4. 三維模型數(shù)據(jù)的編輯平面與曲面洞的填補,表面處理 5. 三維模型數(shù)據(jù)的壓縮大量消減三角網(wǎng)格,保持形狀不變 6. 格式轉換與輸出OBJ,STL,ASCII,VRML,IGES等 7. 利用其他軟件三角網(wǎng)格的再處理不同領域的造型處理 8. 表面顏色處理利用高精度的數(shù)碼圖片,得到最佳模型,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,噴水嘴的數(shù)字化模型的掃描與建模 Scanning a part a

19、nd Modeling it,原物,目的：合理引進國外先進產(chǎn)品，通過激光掃描儀的掃描快速建立數(shù)字模型，加工生產(chǎn)模具，批量生產(chǎn)，投入市場，占領市場。,應用例1,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,掃描過程 (采用柯尼卡美能達vivid910 Scanning By,應用例1,640個激光點,480 根 掃 描 線,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理過程（采用加拿大Polyworks建模軟件,應用例1,Scan1 Scan2,一般小型

20、物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理過程（采用加拿大Polyworks建模軟件）,應用例1,根據(jù)三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)造型,合成后的數(shù)據(jù),一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,攪拌機葉輪的數(shù)字化模型的掃描與建模 Scanning a part and Modeling it,原物,目的：合理引進國外先進產(chǎn)品，通過激光掃描儀的掃描快速建立數(shù)字模型，加工生產(chǎn)模具，批量生產(chǎn)，投入市場，占領市場。,應用例2,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning

21、a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理過程（采用加拿大Polyworks建模軟件）,應用例2,Scan1 Scan2,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理結果（采用加拿大Polyworks建模軟件）,應用例2,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,文物壁畫掃描與處理結果 Heritage Digital,應用例3,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object a

22、nd modeling,汽車的零部件（車門合頁）處理結果 A Motal Bill Part Digital,應用例4,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,汽車的零部件（發(fā)動機氣道）處理結果,應用例5,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,汽車的零部件（葉輪）處理結果,應用例6,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,人的頭部五官處理結果 Human Head Digital,應用例7,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,醫(yī)學研究用的牙齒處理結果 Midecal Tooth,應用例8,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,基于中國人三維顱面復原數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究,應用例10,一般小型物體的掃描與建模技術應用 Scanning a small 3D object and modeling,三維數(shù)據(jù)的公安領域的應用,應用例11,掃描后的彩色三維模型 掃描后的黑白三維