工业产品数字化设计与测量 双目三维扫描仪操作 海豚数据测量.doc

海豚模型数据测量 一、采集三维轮廓数据 实体的三维轮廓数据采集是逆向设计关键技术之一。三维轮廓数据采集就是使用一定的测量设备对被测实体进行数字化的过程，即用一系列离散的点来提取产品对象的曲线、曲面的三维形状信息。数据采集质量决定重构实体模型的质量，并影响最终加工产品能否真实反映原始实体模型，是整个逆向设计部分的基础。 本例的三维轮廓数据采集是先临科技有限公司生产的Shining3D-Scanner 系列三维扫描仪，采用光栅扫描技术，标志点全自动拼接，扫描效率较高。 采集要求：点云完整；杂点、噪音点尽量少；点云分布尽量规整平滑；保留其原始特征。如下图12-1所示。 图12-1 扫描海豚模型 步骤一 相机标定 相机参数标定是整个扫描系统精度的基础，因此扫描系统在安装完成后，第一次扫描前必须进行标定。另外，在以下几种情况下也要进行标定： （1）对扫描系统进行远途运输 （2）对硬件进行调整 （3）硬件发生碰撞或者严重震动 （4）设备长时间不使用 相机标定如下图12-2： 图12-2 相机标定图片 步骤二 粘贴标志点 为完整地扫描一个三维的物体，通常需要将被扫描物体表面贴上标志点，以进行拼接扫描。要求标志点粘贴牢固、平整。 根据像素和识别精度的关系，一般按表12-1来对应选择标志点。 表12-1 标志点选择 扫描范围 标志点直径（内圆） 400×300 7mm 300×225 7mm 200×150 3mm 100×75 3mm 60×45 1.5mm 标志点粘贴注意事项： 1.标志点尽量粘贴在平面区域或者曲率较小的曲面，且距离工件边界较远一些； 2点不要粘贴在一条直线上，且不要粘贴对称； 3.公共标志点至少为3个，但因扫描角度等原因，一般建议5-7个为宜； 4.标志点应使相机在尽可能多的角度可以同时看到； 粘贴标志点要保证扫描策略的顺利实施，并使标志点在长、宽、高均等。 如下图12-3所示标志点的粘贴较为合理。 图12-3 粘贴标志点 步骤三 工件表面处理 工件的表面质量对扫描的进行也很重要。如果扫描工件的表面太吸光或者太反光，必须用显像剂处理。只有亮但不反光的表面适合扫描，例如木雕类，陶瓷类工件等。另外要保证工件表面干净，无明显的干扰污渍，同时也要将工件放平稳。 准备好表面处理工具：显像剂、标志点、棉签、口罩、手套等，如图12-4所示。喷涂一层显像剂，喷粉距离约为 30cm 左右，尽可能薄且均匀，如图12-5所示。 图12-4 表面处理工具 图12-5 显像剂喷涂方法 注意：喷涂过显像剂后，会把已贴好的标志点覆盖，需要用棉签蘸水，擦除掉标志点上的粉，保证标志点清晰，才能顺利扫描。 步骤四 扫描。 在扫描开始之前，需要确定模型的拼接方式。当被扫描物体不能通过单次扫描操作达到预期要求时，需要对其进行多次扫描。而进行多次扫描就涉及到了扫描的多个单片模型之间如何进行整合拼接的问题。一般扫描软件提供两种拼接方式，标志点自动拼接和非标志点自动拼接（手动拼接），可根据扫描物体的具体情况进行选择。若物体大小适中，表面纹理较简单，且表面有较多的平坦区域适合粘贴标志点时，可选择标志点自动拼接方式。针对某些极小尺寸物体，表面细节过于复杂，或者其它原因不适合粘贴标志点的物体，建议选择手动拼接方式。 观察发现该海豚模型大体特征，是一个对称的物体，可以选择拼接扫描。 扫描开始 步骤一：将海豚模型摆放平稳，打开扫描软件，设置相机曝光值，选择“拼接扫描”方式，点击“扫描”按钮，若标志点匹配成功，则系统会自动提取并计算物体表面的匹配标志点，并将有效的标志点用绿色数字编号，出现如下图12-6所示界面。 图12-6 海豚模型第一面扫描 步骤二：将海豚模型摆放一定角度，必须保证与上一步扫描有公共重合部分，这里说的重合是指标志点重合，即上一步和该步同时能够看到该四个标志点（该设备为三点拼接，但是建议使用四点拼接）。 图12-7 海豚模型第二面扫描 步骤三：同第二步类似，向继续旋转一定角度，扫描。 图12-8 海豚模型第三面扫描 步骤四：继续转动模型，直到把所有数据扫描完成。 步骤五：在软件中选择“模型导出”，将扫描数据另存为.asc或者.txt格式文件即可。 注：扫描步骤的多少根据扫描经验及扫描时物体摆放角度而定，如果经验丰富或是摆放合适，能够减少扫描步骤，即减少扫描数据的大小。在扫描完整的原则上尽量减少不必要的扫描步骤，减少累计误差的产生。