三维扫描实验指导书一

1、 三维扫描实验项目指导书（一） 自动化三维扫描 目 录1. 实验目的.12. 实验原理.13. 实验内容及步骤.1 3.1开机.1 3.2系统标定.2 3.3转台手动操作.10 3.4路径规划.10 3.5修改自动化程序代码.11 3.6自动化运行 .124. 注意事项.13 4.1使用注意事项.13 4.2设备注意事项.13 4.3安全警告.135. 撰写实验报告.141.实验目的： （1）学习自动化三维扫描仪的调试及使用方法，初步掌握空间曲面三维扫描的方法。 （2）具体了解点云数据处理流程，为逆向工程技术运用奠定基础。2. 实验原理： 扫描仪工作原理： 扫描时，光栅投影装置投影数副特定编码

2、的结构光到待测物体，成一定夹角的两个摄像头同步采集相应的图像，然后对图像进行编码和相位计算，利用三角形扫描原理、匹配技术，算解出两个摄像头公共视区内像素点得到三维坐标。 自动化三维扫描与检测系统由于其自动化程度高，可针对不同外形的产品进行最优扫描路径规划，从而高效完成检测任务，整个过程无需人为干预。本实验使用的是武汉惟景三维科技有限公司所生产的PowerScan-Auto系列自化扫描测量与检测系统，设备由以下工业级机械臂与PowerScan-Pro1.3M扫描仪组成。PowerScan-Pro1.3M扫描仪具体参数如下：单幅测量范围（可调节）摄像头分辨率(pixels）测量点距(mm)测量精度

3、(mm)单幅测量时间（S)输出格式200×150400×300131万0.1230.246±0.0200.4AC、ASC等标准格式3 .实验内容及步骤：3.1、开机 打开机器人控制柜电源，打开电脑。打开PowerScan软件。打开TCPIP软件，软件界面如图1.1所示，在本地端口框中输入12548，连接端口框中输入5490，目标IP地址为192.168.125.5，协议选择为TCP Client，在最下面勾选十六进制接受框，点击连接按钮，将设备、机器人和软件连接起来。（注：在自动化未运行时，需手动连接设备、机器人和软件，防止软件一直检测是否连接而造成卡顿。自动化运

4、行前需将连接断开，自动化运行时，自动化程序会自行连接设备、机器人和软件。）图1.1 TCPIP软件界面3.2、标定系统扫描物体之前，选择菜单“文件->新建工程”或点击图标，新建一个工程，弹出如图2.1 所示窗口，选择新建工程文件夹保存路径。此文件夹中不仅包含工程的配置，而且还包含扫描时得到的数据。图2.1 新建工程图 标定就是通过建立成像的几何模型并求解模型参数来确定扫描物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系的过程。标定的精度将直接影响系统的扫描精度。一般遇到以下情况需要进行标定： 扫描仪初次使用，或长时间放置后使用； 扫描仪使用过程中发生碰撞，导致相机位置偏移； 扫

5、描仪在运输过程中发生严重震动； 扫描过程中发现精度严重下降，如频繁出现拼接错误、拼接失败等现象； 更改扫描范围时对相机进行位置调整； 扫描精度要求较高时，也可通过重新标定获得。标定操作的流程图如图2.2 所示标定操作的流程图如图2.2 所示调整扫描仪角度90°选择标定板应用标定结果标定相机采集标定板数据调整相机调整测量距离打开软件图2.2 标定流程图图2.3标靶参数设置：设定标定板参数。标定步骤：（1）将标定板放置在合适的位置（投影可以全面覆盖），点击“开始标定”；图2.4（2）点击“采集图像”采集标定所需的图像，并自动提取标定板图像内的圆心坐标，得到标定相机和投影仪所需的数据；如图

6、2.5。图2.5（3）点击“下一步”，将自动预览下一幅图像；（4）变换标定板的位置，重复步骤（2）、（3），直至得到13个不同位置下的标定数据；（5）点击“标定系统”，完成标定。注：系统位置和标定板姿态的摆放（共14个姿态）1）调整标定的一个最佳距离（两个激光点重合），把标定板正对投影仪，作为标定第一幅图像的位置；如图2.6。图2.62）把系统在第一幅的位置上相对于镜头向前移动50mm左右，作为第2幅的位置；如图2.7图2.73）把系统在第二幅的位置上相对于镜头向后移动100mm左右，作为第3幅的位置；如图2.8图2.84）把系统移到第一幅的位置上，把标定板摆正并将D边垫高5CM，作为第4幅的

7、位置；如图2.9图2.95）把标定板旋转180°，将B边垫高5CM作为第5幅的位置；如图2.10图2.106）保持系统在第一幅的位置上，把标定板C边或A边垫高5CM,使标定板正对开启的相机，作为第6幅的位置；如图2.11图2.117）把标定板顺时针旋转90°，正对开启的相机，作为第7幅的位置；如图2.12图2.128)把标定板顺时针旋转90°，正对开启的相机，作为第8幅的位置；如图2.13图2.139)把标定板顺时针旋转90°，正对开启的相机，作为第9幅的位置；如图2.14图2.1410)保持系统在第一幅的位置上，将并上下正对开启的相机，作为第10幅的位

8、置；如图2.15图2.1511)保持系统在第一幅的位置上，把标定板顺时针旋转90，并上下正对开启的相机，作为第11幅的位置；如图2.16图2.1612)保持系统在第一幅的位置上，把标定板顺时针旋转180°并上下正对开启的相机，作为第12幅的位置；如图2.17图2.1713) 保持系统在第一幅的位置上，把标定板顺时针旋转270°，并上下正对开启的相机，作为第13幅的位置；如图2.18图2.1814）在投影可见范围内，随意摆放一个位置作为精度标准，并确定能提取出标定板上所有的圆心，作为第14幅的位置；如图2.19图2.1915）点击“标定系统”完成标定过程，点击“精度评定”得到

9、标定结果如图2.20。图2.20点击“标定系统”完成标定过程，点击“精度评定”得到标定结果。如果标定结果符合要求（最大误差在±0.05mm以内），点击“结束标定”完成标定；如果标定结果不符合要求，点击“结束标定”，然后重新开始标定。3.3、转台手动操作 另打开一个TCPIP窗口界面，本地窗口为10086，连接端口为5500，目标IP地址为192.168.125.10，选择协议为TCP Client，勾选十六进制接收框，单击连接按钮连接和转台，具体界面如图3.1所示。图3.1 转台连接界面在发送框中输入“ENA;”，点击发送，启动转台。再输入“SPD10000;STP0;”，点击发送，

10、设置转台的速度和位移信息。移动转台命令为“QEC”+转台位置所在的脉冲数，如输入“QEC100000”转台将移动到100000脉冲数的位置。3.4、路径规划1.通过手动操作移动机器人至合适位置；2.通过TCP发送QEC命令调整转台位置（使用转台视情况而定）；3.在PowerScan软件中调整亮度至合适；4.扫描工件得到测量数据；5.在示教器上保存该位置点的数据；6.将此位置的位置点名称及对应的亮度值、扫描数据、转台位置编号记录下来；重复步骤16直至将零件扫全。注意：记录的位置与扫描的数据需一一对应，如第一个位置对应第一个数据，第十个位置对应第十个数据，否则自动化运行时会出错。3.5、修改自动化

11、程序代码将控制柜上的模式选择大道自动模式。打开RobotStudio软件，在控制器选项卡下单击添加控制器按钮，将机器人控制器添加进软件中，在如图5.1右侧窗口中右击RAPID刷新，点开其中的Main_Module，显示出自动化的运行代码。图5.1单击获取写权限按钮，获得在计算机上修改代码的权限。在代码修改位置和亮度处分别修改记录的对应的目标点名称、亮度值和转台参数，如图5.2所示。图5.2SocketSend socket1Str:="LEDCurrent=070"是投影仪亮度控制代码，数值为亮度值，将其修改为记录的相应的亮度值即可，需一直是三位数，不足前面补0。Socke

12、tSend socket2Str:="QEC0;"是转台控制代码，QEC后数字为转台的位置参数，将其修改为记录的相应的转台参即可。MoveJ tx10,v100,fine,tool0WObj:=wobj0;是机器人运动代码，记录了下一个点、运动速度等信息，将其修改为记录的相应的点名称即可。修改完代码后，单击检查程序按钮，检查代码的问题。在单击应用按钮确认修改。如图5.3所示图5.33.6、自动化运行在确认好程序没有任何问题之后，即可进入自动化运行阶段。1.确认档位开关已转到自动化挡，若无，请调至自动化挡；2.确认电机已加电，即点击上电按钮灯常亮；3.打开TCP界面，分别断开

13、与机器人和转台的连接；4.在示教器的程序界面点击“PP移动至Main”，并确认操作；5.按下示教器右下方的三角形按键运行自动化程序，如图6.1所示；图6.16.打开PowerScan软件，进入自动化选项栏，勾选读取矩阵复选框，单击自动测量按钮启动自动测量过程。注：关闭仪器前，现在PowerScan软件自动化选项栏中勾选自动关闭复选框，再关闭电脑和控制柜开关。4. 注意事项： 4.1使用注意事项： 1. 先开控制箱电源，再启动扫描软件。 2.将工作台上的杂物清理干净。 3.光照环境不好时物件易产生光照误差，请使用稳定光源。 4.扫描物件时，请勿触碰物件，否则影响扫描效果。 5.关机时，先关闭扫描软件，再关闭控制箱。 4.2设备注意事项： 1.对于三维扫描仪使用运行环境，切记要保证洁净少尘状态。只有务必保证扫描仪的放置运行环境干净，才能使得设备的性能以及内部元件不会收到损坏。 2.针对扫描仪的日常清洁，切记不要使用有机溶剂来进行清洁保养，这样不仅容易损坏扫描仪的内部元件，还可能导致外壳收到腐蚀以及损耗等现象。 3.定期针对三维扫描仪的相关驱动程序进行检查，并且做到及时的更新。要知道这样的驱动程序，不仅可以直接影响扫描仪的工作性能，更加涉及到了不同