三维扫描设备

1、LOGO模具关键技术应用模具关键技术应用三维扫描设备操作目录三维扫描设备硬件系统介绍2三维扫描设备操作与注意事项4三维扫描设备软件系统操作3 3逆向工程概述3 1逆向工程概述 逆向工程（逆向工程（ReverseEngineeringReverseEngineering），），RERE是在没有产品原始图样、是在没有产品原始图样、文档的情况下，对产品实物进行测量和工程分析，经软件进行数据文档的情况下，对产品实物进行测量和工程分析，经软件进行数据处理、重构几何模型，并由数控机床重新加工复制出产品的过程。处理、重构几何模型，并由数控机床重新加工复制出产品的过程。模型加工实物分析测量数据处理建模逆向设计

2、逆向设计逆向工程概述v逆向工程与正向工程的区别 正向工程是泛指按常规的从概念（草图）设计到具体模型设计再到成品的生产制造过程。实物概念可行性分析建模模型加工正向设计正向设计逆向工程概述v逆向工程强调的是从现有模型（产品样件、实物模型等）经过一定逆向工程强调的是从现有模型（产品样件、实物模型等）经过一定的手段转化为概念模型和工程设计模型，如利用三坐标测量机的测的手段转化为概念模型和工程设计模型，如利用三坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构，或者直接将这些离散数据转化成量数据对产品进行数学模型重构，或者直接将这些离散数据转化成NCNC程序进行数控加工而获取成品的过程，是对已有产品的再设计、程

3、序进行数控加工而获取成品的过程，是对已有产品的再设计、再创造的过程。以此我们可以简单理解为：再创造的过程。以此我们可以简单理解为：逆向工程概述应用于实物抄数，加快设计速度用于工业造型产品设计用于精密零部件的尺寸检验用于模具制造和翻新逆向工程概述用于实物抄数，加快设计速度用于实物抄数，加快设计速度逆向工程概述 以微软公司生产的鼠标器为例，就其功能而言，只需要有三个按键就可以满足使用需要，但是，怎样才能让鼠标器的手感最好，而且经过长时间使用也不易产生疲劳感却是生产厂商需要认真考虑的问题。因此微软公司首先根据人体工程学制作了几个模型并交给使用者评估，然后根据评估意见对模型直接进行修改，直至修改到大家

4、都满意为止，最后再将模型数据利用逆向工程软件生成 CAD数据。当产品推向市场后，由于外观新颖、曲线流畅，再加上手感也很好，符合人体工程学原理，因而迅速获得用户的广泛认可，产品的市场占有率大幅度上升。用于工业产品造型设计用于工业产品造型设计逆向工程概述 用于工业产品造型设计用于工业产品造型设计 应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能，然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止，如此所得到的最终油泥模型才是符合需

5、要的模型。如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软件。首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，然后利用逆向工程软件进行重建，随着科学技术的进步和消费水平的不断提高，其它许多行业也开始纷纷采用逆向工程进行产品创新设计。 逆向工程概述用于精密零部件的尺寸检验用于精密零部件的尺寸检验逆向工程概述用于模具制造和翻新用于模具制造和翻新 由于相关学科发展水平的限制，对零件的功能和性能分析还不能完全由CAE来完成，往往需要通过实验来最终确定零件形状，如在模具制造中经常需要通过反复试冲和修改模具型面方可得到最终符合要求的模具。其将最终符合要求的模具测量并反求出其CAD模型在

6、再次制造该模具时就可运用这一模型生成加工程序，就可大大减少修模量，提高模具生产效率，降低模具制造成本。逆向工程概述v逆向工程的工艺流程逆向工程的工艺流程 逆向工程以已存在的产品或者模型作为研究对象，将获得的三逆向工程以已存在的产品或者模型作为研究对象，将获得的三维离散数据作为初始素材，借助专用的曲面处理软件维离散数据作为初始素材，借助专用的曲面处理软件CAD/CAMCAD/CAM系统系统构造实物的构造实物的CADCAD模型，输出模型，输出NCNC加工指令或用加工指令或用STLSTL文件驱动快速成型机文件驱动快速成型机制造出产品或原型，其工艺流程如下图所示。制造出产品或原型，其工艺流程如下图所示

7、。实物原型实物原型三维数据扫描三维数据扫描数据处理数据处理数据重构（数据重构（CAD）、）、CAE分析、创新设计等分析、创新设计等快速成型制造快速成型制造STL文件文件产品产品NC加工加工NC代码生成代码生成产品产品快速模具制造快速模具制造产品产品逆向工程概述4.逆向工程常用软件逆向工程常用软件逆向工程概述v Imageware由美国 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机 零部件等设计与制造领域。该软件拥有广大的用户群，国外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、Toyota等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海

8、DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。v 由美国Raindrop(雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件 Geomagic Studio可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面。该软件也是除了 Imageware以外应用最为广泛的逆向工程软件。v CopyCAD 是由英国DELCAM公司出品的功能强大的逆向工程系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模型中产生三维CAD模型。该软件为来自数字化数据的CAD曲面的产生提供了复杂的工具。CopyCAD能够接受来自坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫描器。逆向工程概述RapidForm是韩国 INUS

9、 公司出品的全球四大逆向工程软件之一，RapidForm提供了新一代运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为3D Scan后处理之最佳化的接口。RapidForm也将使您的工作效率提升，使3D扫描设备的运用范围扩大，改善扫描品质。CATIACATIA是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件。CATIA软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。CATIA的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲线曲面功能，次数能达到15，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。三维扫描系统硬件介绍三维扫描

10、系统硬件介绍v扫描头组成扫描头组成注意注意：（：（1）避免扫描系统发生碰撞，造成不必要的硬件系统损坏及扫描数据质量受到影响。（2）禁止碰触相机镜头和光栅投射器镜头。（3）扫描头扶手仅在用于云台对扫描头做上下、水平、左右调整时使用。严禁在搬运扫描头时使用此扶手。三维扫描系统硬件介绍v云台云台 调整云台旋钮可使扫描头进行多角度转向。 三维扫描系统硬件介绍v三脚架三脚架 调整三脚架旋钮可对扫描头高低进行调整。 注意：云台及三脚架在角度、高低调整结束后，一定要将各方向的锁紧螺钉锁紧，否则可能会由于固定不紧造成扫描头内部器件发生碰撞，导致硬件系统损坏；也可能在扫描过程中硬件系统晃动，对扫描结果产生影响。

11、三维扫描设备软件系统操作v扫描系统运行后，首先显示如下图所示界面。扫描系统运行后，首先显示如下图所示界面。1.标题栏：扫描系统名称2.菜单栏：包括所有的操作选项3.工具栏：提供了操作的快捷方式三维扫描设备软件系统操作v相机参数标定相机参数标定 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：v 1.对扫描系统进行远途运输；v 2.对硬件进行调整；v 3.硬件发生碰撞或严重震动。三维扫描设备软件系统操作标定步骤标定步骤v 1.启动Win3DD扫描系统：首先正确连接线缆，然后接通扫描系统的电源（包括硬件系统与专用计算机等

12、）。启动专用计算机，启动硬件系统，使扫描系统预热510分钟，以保证标定状态与扫描状态尽可能相近。点击左面快捷图标启动软件，点击“扫描标定切换”按钮，进入软件标定界面。v 2.调整相机参数：通过“相机参数调整”对话框中的曝光与增益滑动条调整相机的亮度与对比度，并观察相机实时显示区，得到满意的图像质量。三维扫描设备软件系统操作v3.调整扫描距离：在打开标定界面时，相机实时显示区会显示一个白色“十字”将相机实时显示区划分为两个同样面积的区域。这时光栅投射器会投出一个黑色的“十字”，这样会在同一个显示区出现两个十字叉。将标定板放置在视场中央，通过调整硬件系统的高度以及俯仰角，使两个十字叉尽可能重合。标

13、定步骤标定步骤三维扫描设备软件系统操作标定步骤标定步骤v 4.调整标定板，根据界面左上角的标定指示操作，开始标定。注意：在每个步骤中，都需观察左标志点提取显示区，使板上的99个标志点均处于视场内，且至少88个标志点提取成功才能进行标定（下一步）操作。三维扫描设备软件系统操作v 步骤一：将标定板水平放置，放置方向为：距离最近的两步骤一：将标定板水平放置，放置方向为：距离最近的两个大标志点的一侧向上放置。调整扫描距离，即调整三脚个大标志点的一侧向上放置。调整扫描距离，即调整三脚架的高度以及仰俯角，使两个架的高度以及仰俯角，使两个“十字十字”尽可能重合。点击尽可能重合。点击“标定标定”，此时完成了第

14、一步。，此时完成了第一步。三维扫描设备软件系统操作v 步骤二：标定板不动，调整三脚架，提升硬件系统高度步骤二：标定板不动，调整三脚架，提升硬件系统高度40mm40mm，满足要求后单击，满足要求后单击“下一步下一步”，完成第二步。，完成第二步。三维扫描设备软件系统操作v 步骤三：标定板不动，调整三脚架，使硬件系统高度降低步骤三：标定板不动，调整三脚架，使硬件系统高度降低80mm80mm，单击，单击“下一步下一步”，然后再调整三脚架，将硬件系统，然后再调整三脚架，将硬件系统提升提升40mm40mm，进入下一步，进入下一步 。三维扫描设备软件系统操作v 步骤四：硬件系统高度不变，将标定板旋转步骤四：

15、硬件系统高度不变，将标定板旋转9090度，垫起与度，垫起与相机同侧下方一角，角度约为相机同侧下方一角，角度约为2020度，让标定板正对光栅投度，让标定板正对光栅投射器，完成第四步。射器，完成第四步。三维扫描设备软件系统操作v 步骤五：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿步骤五：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿同一方向旋转同一方向旋转9090度，完成第五步。度，完成第五步。三维扫描设备软件系统操作v 步骤六：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿步骤六：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿同一方向旋转同一方向旋转9090度，完成第六步。度，完成第六步。三维扫描设备软件系

16、统操作v 步骤七：硬件系统高度不变，将标定板沿同一方向旋转步骤七：硬件系统高度不变，将标定板沿同一方向旋转9090度，垫起与相机异侧一边，角度约为度，垫起与相机异侧一边，角度约为3030度，让标定板正对度，让标定板正对相机，完成第七步。相机，完成第七步。三维扫描设备软件系统操作v 步骤八：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿步骤八：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿同一方向旋转同一方向旋转9090度，完成第八步。度，完成第八步。三维扫描设备软件系统操作v 步骤九：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿步骤九：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿同一方向旋转同一方向旋转9

17、090度，完成第九步。度，完成第九步。三维扫描设备软件系统操作v 步骤十：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿步骤十：硬件系统高度不变，垫起角度不变，将标定板沿同一方向旋转同一方向旋转9090度，完成第十步。度，完成第十步。三维扫描设备软件系统操作v 在上述十步全部完成后，软件系统会自动对采集到的图像在上述十步全部完成后，软件系统会自动对采集到的图像进行处理与计算，得到扫描系统所需的各项参数，并在标进行处理与计算，得到扫描系统所需的各项参数，并在标定信息显示区给出标定结果定信息显示区给出标定结果。注意：标定不成功会提示注意：标定不成功会提示“标定误差较大，请重新标定标定误差较大，请重新标

18、定”。三维扫描设备操作与注意事项v一、扫描设备使用安全警告一、扫描设备使用安全警告三维扫描设备操作与注意事项v二、扫描前准备工作二、扫描前准备工作1.提高点云质量解决方案 （1）扫描时外部环境光线不要太强，暗室操作效果更佳（2）深色或反光的物体要喷显像剂进行扫描（注：显像剂要喷的均匀且薄）（3）扫描物体表面需光滑，否则后期处理会清理不干净 另外，应给被扫描工件准备一个颜色较暗的背景，最好是黑色（扫描系统对黑色表面不生成任何数据）。这样可以减少背景扫描数据，增加有效扫描数据的比重。显显像像剂剂深深色色物物体体反反光光物物体体三维扫描设备操作与注意事项v二、扫描前准备工作二、扫描前准备工作2.扫描

19、策略的制定 在对被扫描工件进行扫描时，需要经过多角度、多范围的多次扫描，才能完成对被扫描工件的完整扫描。扫描系统采用标志点（扫描系统会精确、自动的提取标志点三维坐标）来实现多次扫描数据的坐标系统一致，即将每次生成的点云数据均统一到公共坐标系，从而完成点云的自动拼接。 扫描系统要求在本次扫描中，至少能摄取到3个在之前扫描时提取出的标志点。同时要求这3个标志点尽可能不共线，且不对称（例如其中3个不能构成等边或等腰三角形）。 扫描策略对于整个扫描项目是非常重要的，因此在扫描之前就应该进行制订。针对一个被扫描工件，首先根据其大小、形状、复杂程度判断大致需要扫描的次数，以及扫描的次序。三维扫描设备操作与

20、注意事项v二、扫描前准备工作二、扫描前准备工作2.扫描策略的制定 策略一：被扫描工件大小在扫描系统单帧扫描范围内（如图）。在这种情况下，只需考虑按照一个合适的扫描次序，保证本次扫描与之前扫描提取出的标志点均有至少3个公共点即可。三维扫描设备操作与注意事项v二、扫描前准备工作二、扫描前准备工作2.扫描策略的制定 策略二：被扫描工件大小超出扫描系统的单帧扫描范围，但不超过2倍（如超出2倍以上，则需与三维摄影扫描系统配套使用（注：Win3D-Metric摄影测量系统）。在这种情况下，第一次扫描应从可得到最多标志点的工件中部开始（如图所示）。 三维扫描设备操作与注意事项v二、扫描前准备工作二、扫描前准

21、备工作2.扫描策略的制定 策略三：上述两个策略中，标志点均粘贴在工件表面上。这两个策略的优点是被扫描工件可以随意移动或转动，但带来的缺点是粘贴标志点处会产生较多的环状空洞（因标志点外围是黑色的，扫描系统将不会产生扫描数据点）。然而，在实际扫描中，如果工件不易搬动，我们也可以使用辅助装置。例如将被扫描工件放置在转台装置上。标志点可以粘贴在被扫描工件周围的转台表面上（如图），这种粘贴方案可以有效减少工件表面的标志点数量，使扫描数据尽可能少的产生空洞。但这种策略不允许被扫描工件与转台有任何的相位位移，否则会造成拼接误差增大，甚至导致扫描项目失败。 三维扫描设备操作与注意事项v二、扫描前准备工作二、扫

22、描前准备工作3.标志点粘贴注意事项v 1.标志点要尽量贴在工件的平面区域或曲率较小的曲面，且距离工件边界较远一些；v 2.标志点不要贴在一条直线上，且尽量要不对称粘贴；v 3.公共标志点至少为3个，由于图像质量、扫描角度等多方面原因，有些标志点不能正确识别，因而建议用尽可能多的标志点，一般57个为宜；v 4.标志点应使相机尽可能多的角度可以同时看到；v 5.粘贴的标志点要保证扫描策略的顺利实施，并使标志点在长度、宽度、高度方向均应合理分布。三维扫描设备操作与注意事项v二、扫描前准备工作3.标志点粘贴注意事项v 标志点粘贴示意图：错误粘贴方式正确粘贴方式三维扫描设备操作与注意事项v三、扫描过程1.新建工程点击“新建工程”按钮，会弹出如图所示对话框。三维扫描设备操作与注意事项v三、扫描过程1.新建工程步骤一：调整扫描距离扫