《逆向工程与产品创新设计》 课件 2.1 升降座椅把手三维数据采集方案设计

2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二升降座椅把手产品开发需求：（1）产品破损修复

随着科技的发展及时代的进步，人们越来越注重生活的质量，更多的人会选择升降座椅来代替传统的座椅，如图所示。升降座椅在我们日常办公室和学校教室也会经常使用，由于升降把手使用频繁，在日常生活中经常会出现破损的现象，需要进行修复。由于升降座椅厂家产品更新升级迭代，该升降把手已经无法提供配件维修，能否利用所学习的逆向工程技术和3D打印技术实现升降座椅把手的快速修复？2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二升降座椅把手产品开发需求：（2）产品缺陷检测

由于升降座椅厂家产品更新升级迭代，该升降把手已经无法提供配件维修，厂家需要该产品的三维模型进行产品升级迭代设计，同时由于该产品在注塑生产时有严重的收缩变形，需要检测出收缩缺陷部位，并在逆向设计时进行修复，能否利用所学习的三维扫描技术和逆向设计技术实现升降座椅把手的缺陷检测和逆向修复设计？2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二注塑件表面注塑缩水变形原因及解决方法

（a）缩水缺陷

（b）解决缩水缺陷后注塑件收缩（Sinkmarks，即缩水）是注塑成型缺陷之一。具体表现为：塑件表面材料堆积区域有凹痕。收缩主要发生在塑件壁厚厚的地方或者是壁厚改变等壁厚不

均匀的区域，如图所示。

当制品冷却时，收缩（体积减小，收缩）发生，此时外层贴紧模壁的地方先冻结，在制品中心形成内应力。如果应力太高，就会导致外层的塑料发生塑性变形，外层会朝里凹陷下去。如果在收缩发生和外壁变形还未稳定（因为还没有冷却）时，保压没有补充熔融塑料到模件内，在模壁和已凝固的制品外层之间就会形成沉降。这些沉降通常会被看成为收缩。

如果制品有厚截面，在脱模后也有可能产生这样的缩水。这是因为内部仍有热量，它会穿过外层并对外层产生加热作用。制品内产生的拉伸应力会使热的外层向里沉降，在此过程中形成收缩。2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二注塑件表面注塑缩水变形原因及解决方法2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二1、该产品是为了检测出上面的缺陷，需要的精度要求高，蓝光三维扫描仪高达0.005mm的精度及工业相机500万像素可以轻松发现缺陷；2、黑色物体需要喷显像剂，喷涂完成后，显像剂应均匀覆盖工件，薄薄一层，表面平滑，锻炼学生的把控能力，以便应对更复杂的样件；升降座椅把手三维扫描仪选型2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二三维扫描仪的扫描原理

三维扫描仪的扫描原理是设备光机投出光栅在物体上，光栅在物体表面产生一定畸变并反射，两侧相机同时采集反射信息，最后通过软件进行运算出三维数据模型。因此，扫描设备可以接收到被测物体的反射光线是获取三维数据的必要因素。

2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二三维扫描仪的扫描原理

三维扫描仪的扫描原理是设备光机投出光栅在物体上，光栅在物体表面产生一定畸变并反射，两侧相机同时采集反射信息，最后通过软件进行运算出三维数据模型。因此，扫描设备可以接收到被测物体的反射光线是获取三维数据的必要因素。

2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二物体表面材质对扫描质量的影响

黑色物体透明物体

反光物体投影光会被吸收，不满足反射要素投影光透过物体发生折射，无法捕捉到反射的光线，不满足反射要素投影光发生镜面反射，无法实现两个相机同时接收反射信息，不满足同时要素2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二物体表面材质对扫描质量的影响

黑色物体投影光会被吸收，不满足反射要素2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二物体表面材质对扫描质量的影响透明物体投影光透过物体发生折射，无法捕捉到反射的光线，不满足反射要素2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二物体表面材质对扫描质量的影响

反光物体投影光发生镜面反射，无法实现两个相机同时接收反射信息，不满足同时要素2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二

针对以上物体，解决方案可以从问题源头下手，对物体进行前期预处理，阻止光透过物体的处理的方式，就是利用让物体的表面有“一层膜”附着，覆盖住它原有的表面特性，即覆盖住透明、黑色及反光的部分，让投影光从扫描仪➡物体➡扫描仪这条路径畅通无阻。对此，常用的“一层膜”就是--显像剂。

在扫描的工作开始前，工程师通常需要对被扫描样件进行评估，从而开展扫描前的准备。遇到暗黑色、高反光、透光的材质，扫描前需要使用显像剂。显像剂的作用是在被扫描物体表面附着一层白色的粉末从而改变暗黑色、高反光和透光材质的表面属性，利于三维扫描仪高质量的数据获取。三维扫描预处理技巧---喷粉2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二三维扫描预处理---喷粉操作流程操作流程：(1)在喷粉前做好个人防护工作，如：戴好防尘口罩、护目镜、手套，并选择空旷不影响他人的场地。(2)喷涂显像剂前，需要先摇匀显像剂，使得显像剂粉末充分溶解。(3)喷涂显像剂时，在距离喷涂工件15-20cm左右位置，长按喷嘴匀速划过工件表面，通过手持角度以及滑动速度控制喷涂效果，来回喷涂直至显像剂覆盖整个工件。(4)喷涂完成后，显像剂应均匀覆盖工件，表面平滑。2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二三维扫描预处理---喷粉技巧(1)

喷粉前应摇匀显像剂，避免粉末因未溶解而成颗粒状影响扫描数据质量；(2)

喷涂速度应均匀，避免工件因显像剂喷涂不足而影响扫描数据；(3)

喷涂距离不宜过近，喷涂过程因滑动喷涂，需避免太近或同一位置喷涂太多显像剂而形成积液，影响数据精度。(4)

喷涂过程中由于液体覆盖在工件表面还未挥发，直接用手接触工件会留下指纹而影响后续扫描数据效果，建议佩戴橡胶手套或等液体挥发、干燥后再触碰工件。2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二喷粉对精度的影响

考虑到检测中对于精度具有高要求，喷上一层显像剂对于精度是否有影响？

为了验证这个问题，我们对于常用的DPT-5和钛粉进行了测试。

以OKIO-5M为测试设备，分别对陶瓷块多次喷涂DPT-5/钛粉来测试喷涂显像剂对精度的影响。经测试得到以下结果：1.喷涂不同显像剂对尺寸影响不同，钛粉对结果影响最小，扫描精度要求比较高的样件推荐喷涂钛粉；2.钛粉喷一次尺寸增加1~2um,喷DPT-5一次尺寸增加5~6um。2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二蓝光三维扫描仪的基本操作步骤1、系统启动

事先确保硬件接线正确，接通所有硬件的电源；启动计算机，启动光栅发射器；启动程序，显示的有主程序界面以及两个相机图像实时显示界面；根据需要调整相机的参数，得到满意的图像质量。2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二蓝光三维扫描仪的基本操作步骤2、设备标定2.1升降座椅把手三维数据采集方案设计项目二蓝光三维扫描仪的基本操作步骤3、产品扫描蓝光三维扫描仪支持多种扫描模式——标志点拼接、特征拼接、框架点拼接、转台拼接，如图所示。①标志点拼接：通过标志点进行数据拼接，利用两次拍摄之间的公共标志点信息来实现对两次拍摄数据的拼接。使用标志点前，要对待测物体进行分析，在需要、合适的位置上贴上标志点，通过多次的扫描及拼接得到需要的数据；②特征拼接：通过工件本身的几何特征进行数据拼接；③框架点拼接：先扫描框架点，根据