三坐标扫描仪使用说明书1

陕西理工学院毕业设计论文PAGE第1页共23页三维扫描仪的使用首先打开电源，打开界面，先点击（归零）使其归零，此时菜单还未激活，单击，弹出对话框如图1-1所示，然后单击钥匙，出现输入密码对话框，输入密码并确认，此时所有菜单激活，如图1-2所示，单击打开激光，用打开镜头，用显示网格，图1-2所示为调节各坐标的运动，为各轴向负向运动，为向正向运动，为位置或角度清零，后面输入的为每次移动的距离，在离镜头较近位置时距离应该给较小的值，以免撞到镜头。在进行扫描时，当需要角度旋转时，还需要调节T轴圆心，这是由于在每次关机后再次开机的话，T轴圆心都会有误差，所以每次开机都先要校正圆心，其具体步骤为：（一）将圆棒放于圆台之上，调节y，使激光照在圆棒上，然后调节x使激光位于网格的左边第四格左右，此时焦距最佳，然后使y向正方向运动，当激光线刚好消失时，在图1-3中按下确认右边界，然后使y向负向运动，当激光刚好消失时，按下确认左边界，YStep后面为扫描时Y方向的步距，一般为0.5cm（如果需要扫描更细，可将步距调更小）然后调节z方向，并确认下边界。（二）按下后弹出的对话框如图1-4所示，在对话框中勾选最后一项，并选择镜头，此处若不勾选，则认为两镜头同时扫描，一般扫描时不用，而只用单镜头。选完后按下便开始扫描。（三）当第一次扫描完后，在surfacer中打开object0（每次扫描所得点云数据的文件名都默认为object0.imw,所以每次扫描完成后都应将点云换名保存）即为此次扫描的点云，如下页图1-5所示。然后将转台旋转120度，但这次角度不需要记忆，旋转完后需用将角度清零，与第一次扫描相同，定出左右边界和下边界，然后开始扫描。扫描完后在surfacer中将图打开。然后旋转120度进行第三次扫描，并将其也在surfacer打开（此时是将三次扫描的点云再同一个窗口打开），如下页图1-6所示。（四）在surfacer中使用（拟合圆柱体）指令，使三次扫描的点云拟和成圆柱，如图1-7所示。然后找出各圆柱的中心轴，利用surfacer中的Construct(构造)>>CurveFromSurface（曲线来自曲面）>>LineFromCylinder/ConeAxis（线来自于或中心线）指令（如图1-8所示），并利用各中心轴的中点做一圆，然后找出圆心坐标，在surfacer中Create>>Arc/Circle>>Circlew/3Point指令（如图1-9所示）此时弹出如图1-10所示的对话框，单击最下面的InteractionTools,弹出一菜单，选则（选择线的中心点）使三条中心线选中，单击应用，会在CircleInfo下面显示出所做圆的圆心坐标，然后查看图中的坐标，并和画图所得的圆心坐标值进行运算，具体为X带符号相加，Y带符号相减将运算所得的X,Y值填入上表中，然后在图1-11所示菜单中单击即可保存此数据，此时转台的误差便消除，在扫描时可以任意旋转一个角度后扫描，并且不同角度扫描的点云会自动拼合。图1-11所示各项一般不要进行改动。图1-12为激光的功率，亮度等的调节，一般也不动。进行完上面的调节之后，便可以扫描物体了，扫描之前要在物体上喷上反差剂，这样物体表面的反射度姣好扫描出的点云质量好，而且在扫描时最好使周围光线不要太亮。这样扫描出的点云杂点会较少，在扫描时，由于图形复杂，激光照不到或者镜头接收不到反射，有可能一个角度扫描不完整，这时需要旋转一定角度之后再次进行扫描，（应该以最少的旋转次数，测出最完整的点云）旋转方法和上面校正中心的相同，但是要注意旋转角度后角度位置一定不能清零，而且在开始扫描时，需点击图1-4中的先确认角度，否则在开始扫描后将旋转至第一次扫描的位置（角度是以负方向即逆时针旋转使角度归零）在扫描时Z轴方向每次只能扫描50cm的高度，但有的工件高度很高，一次扫描不完，这时可以在图1-3中确定下边界时在BandNo处输入需要扫描的次数则可自动使Z在扫描完第一次后，以后每次提升50cm自动扫描（如输入二，则在Z方向扫描100cm的范围）。在扫描时，有可能部分地方会扫描不完整，这时可以对这些局部进行补充，即对这些部分进行局部扫描，将点云补充完整。 Surfacer是由美国Imageware公司开发的逆向工程软件。Surfacer具有强大的测量数据处理、曲线生成、误差检测功能，可以快速地处理几万乃至几百万的点云数据。经过处理的点数据用来构造曲线，也可以直接生成曲面，还可以和其它后处理软件一起完成曲面的重构。Surfacer的模型检测功能可以方便、直观地显示出所构造的曲面模型与实际测量数据之间的误差，从而便于曲面模型的修改。Surfacer所具有的诸多优良功能使其成为应用十分广泛的一个逆向工程软件。Surfacer是专门用于逆向工程的软件，也是目前国际上逆向工程软件中做得最成熟的一个。它提供了完善的模型重构功能，可以处理不同坐标测量设备得到的数据，在世界各地拥有非常广阔的市场。作为逆向工程软件，它与一般的CAD软件有许多截然不同的地方。点云在surfacer中的处理在surfacer中一般对使用频繁的指令有一些快捷键，F1-F8为各视角的快捷键，其他常用快捷键如下表，PointCtrl+T删除点云Ctrl+D开启点云选项框Ctrl+S显示所有点云Ctrl+H隐藏所有点云Ctrl+J显示最当前点云CurvesCtrl+Shift+T删除线Ctrl+Shift+D开启线条选项框Ctrl+Shift+S显示所有线条Ctrl+Shift+H隐藏所有线条Ctrl+Shift+J显示最当前线条SurfaceShift+T删除曲面Shift+D开启曲面选项框Shift+S显示所有曲面Shift+H隐藏所有曲面Shift+J显示最当前曲面Shift+L显示所选对象Ctrl+L隐藏所选对象Shift+左键旋转窗口视图Shift+中键放大窗口视图Shift+右键平移窗口视图Ⅰ 将所扫描的点云打开，一般点云中都会有杂点，处理杂点是处理点资料的第一步。有些杂点是由于扫描范围内有杂物引起的，这种杂点非常明显，用打开对话框如图2-1所示其中Ⅰ用于选择所要剪切的点云，勾选list出现一列表，用于Ⅰ选择所截点云的范围，SelectⅡAll为选择全部，Ⅱ为选Ⅱ择删除范围，其中第一个为删Ⅲ除圈选的外面的点云，第二个Ⅲ为删除圈选的里面的点云，第三个为均不删除，但将分为两块。Ⅲ若勾选，则应用后不会删除点云，只是将原始点云上所选点建成另一点云层，原始点云不变。在实际的测量过程中由于受到人为或随机因素的影响，都不可避免会在所需要的点云中引入不合理的噪声点，这时可以用上面的方法删除，有时会只有单个的杂点，如果要删除这些单个点，则可以用下面的弹出图2-2所示对话框单击中键或者按下start,用光标选择要删除的点，单击中键即可。杂点大概删除后，便可以对点云进行后续的处理了，即将点云进行定位，点云的定位对于后续处理非常重要，在对工件进行测量的时候，因为必须考虑到测量时的各种因素，如点云的完整以及装夹等，所以当把测量的点云读入计算机时，通常点云不会与坐标系对齐。为了方便建构模型，需要将点云定位到与坐标系对齐。在Surfacer中所使用的定位方位可分为点群与点群直接定位或是物体上的几何特征（如圆心，轴线，圆柱，平面）之间定位。具体可分为混合式定位（MixedModeRegistration）,步骤式定位（StepwiseRegistration)，SPT定位（SPTRegistration）,直接定位（DirectRegistration）等。 混合式定位（MixedModeRegistration）,即是根据所选的特征来作定位，定位完成后其误差值由各个特征定位完后产生误差的平均值而来。当使用者所选取的特征足够把点云定位到CAD文件上，也就是特征足够把X,Y,Z三轴向的自由度限制住时，对话框中的命令才起作用。步骤式定位（StepwiseRegistration)，是按照选取的特征顺序一步一步地进行来完成定位的动作。他的特征选取方式与混合式定位相同，但在定位过程中不需要象混合式定位一样将三轴向的自由度全部限制住，随时可以完成定位，这种方法对使用者来说有很大的弹性。采用这种方法，定位完成后所产生的误差，会以第一个所选取的特征误差达到最小，第二个选取的次之，以此类推。因此，当第一个特征选定以后，基本上其误差会为零，而第二个选取的特征会以第一个特征为基准，在做微调使第二个特征的误差达到最小误差。SPT定位（SPTRegistration）,与前面所说的两种都需要将来源物体做成群才能动作，同时也必须找出定位特征，所不同之处为SPT是利用两个特征的方向再加上一个定位位置来将群组定位至目标。具体做法是：首先选取相对特征位置的主要方向，接下来继续选取第二个次要方向，第二个方向最好能与第一个方向垂直。选完两个主要的方向后，整个群组的自由度便少了两个，如此利用点对点的方式将群组的最后一个自由度给限制住，于是就完成了定位动作。直接定位（DirectRegistration），当欲定位的物体无明显的几何特征供人们作为定位的基准时，便可以利用直接定位的方式将物体定位至目标位置。软件通过物体与目标物件与目标物外形以最佳化的方式将物体定位，由于要对两物体的外形作最佳化计算，耗费电脑硬件资源较多，所以需要花费较多的时间才能完成定位动作。本次采用步骤式定位（StepwiseRegistration)，首先是面到面的对正，具体为：（一）在点云上找一平面1在点云上找一个比较平的平面部分，在这一平面里找几个点，在本次扫描中，则以画的最底面创建一平面具体为执行用Create（构造）>>Point（点）指令（如图2-3），弹出图2-4所示对话框，在所选平面里选择三个以上的点，然后单击图2-4中的Apply（应用）并关闭该对话框。2然后单击图2-5中的（拟合平面）按钮，弹出如下对话框，单击applyz则图2-5图2-5自动以刚才所选点生成一平面。3然后将点云和该平面建成组，单击（创建组），弹出一对话框，如图2-6所示，全选并应用，关闭对话框。（二）创建基准平面 单击图2-5中的（创建基准面），弹出如图2-7所示对话框，ⅠⅠⅡⅡⅢⅢⅣⅣⅤⅤⅠ中第一个为依据点创建基准面，第二个为依据公式创建面。Ⅱ为选择平面的中心。Ⅲ为选择平面的方向，如勾选X的话，则创建一个垂直于X轴的平面。Ⅳ为却定创建平面的大小。Ⅴ为一内部工具栏，一般对话框都有，在这块是用来选择不同元素上的点的，例如为选择点云上的点。在Ⅰ中选择第一个，在Ⅲ中选择刚才创建的面要对正的基准面，单击应用便产生一个基准面。（三）面到面对正单击下列菜单（如图2-8）中的（步骤式定位），弹出一对话框，如图2-9所示，单击add（添加）后，在单击Apply(应用)，并关闭该对话框。此时创建的面自动和基准面重合，完成了面到面的对正。完成后利用（炸开组）将组炸开，将刚才建立的元素删除掉。由于面到面只是将其约束到了一平面，但在这平面上并不一定会摆正，所以需再家一约束，即进行线到线的对正，具体为应用：在点云上画出一条线与上面的方法相似，先在点云上找出一较标准的线特征，使用画线命令构造一条线，在本次扫描的点云中，利用扫描时形成的边界线，画线使用Create（构造）>>3DCurve（三维曲线）>>Line（直线）指令，如下图2-10所示命令，弹出一菜单，如图2-11所示，直接用鼠标在点云上选取两点，然后应用，便可产生一条线。利用创建组命令将线和点云创建成一组。（二）创建一条基准线 与上面创建基准面相同，先创建一个方向与上面相同的基准面，然后利用图2-10所示的命令，沿基准面的一条边创建一基准线，具体创建哪个方向的线，要视所要对正的方向。（三）线到线对正与面到面对正相同，单击（步骤式定位），只不过此次在图2-9所示的对话框中是出现Line（线）和Fitline（基准线），然后添加，应用即可。到此便完成了点云的摆正，点击View（视图）>>ViewportLayout>>Standard4Views（标准四视图）指令（如图2-12）观看其各视图，如图2-13所示。 扫描得到的被测样件“点云”数据是一个庞大的数据点集合，里面包括大量冗余数据点，不利于提高计算效率和曲面的重构，故有时需对海量的“点云”数据进行精化。精化内容包括数据点过滤、数据点平滑等操作。数据点过滤一般在平滑之前进行，这样可减少由于数据点过密，局部区域产生较大曲率等问题，并且有利于提高平滑过程的效率和精度。数据点过滤的原则是在扫描线曲率较小处减少点数，曲率较大处保留较多的数据点，由于本次数扫描面积较小，而且在扫描点云时将Y方向的步距定为0.5mm，步距比较大，一般测量时为0.2-0.3mm，所以测量数据较少，对其不进行上面的点云精化。在曲线，拟合以前还要进行的一个关键工作就是数据分割。在采用逆向工程技术完成的产品建模中，一般来说产品外形都是比较复杂的，只用一张曲面基本上无法表达复杂产品的外形，产品型面往往由多张曲面混合而成。由于组成曲面的类型不同，所以需要将离散数据点云分割成若干子集，使得每个子集可以用一张简单曲面来表达，这个过程称为特征识别和区域分割。在本次扫描的工艺品中，对于底平面可以直接在后续处理中构造，对周围的几个小图形可以只提取轮廓线，故在处理中只对中间曲面复杂的面进行处理。 将点云摆正后，一般要对点云进行顺化，顺化的指令如图2-14所示，其中指令考虑到每个点群，以点与相邻点之间的关系，修改点群中各点的位置，让点群排列平顺化。指令是针对点群整体的排列来做平顺化，故该指令造成点群移动变化比较大。指令是用框选的方法对点群做局部的点群位置改变，使点群排列平顺。指令是用于当点群有转角变化时，可以避免转角部分点群发生变化。在本次处理中，直接对其进行剖面，即在沿轴方向对其进行割面，由于扫描出的点云的数据量非常大而且非常密集，所以将其构造线前，应首先将点云处理成一些有规律的点，对点云的割面就是将所有没有太细规律的点云进行处理，而割面就是利用一组互相平行的平面将点云切割，处理完后点云将在这些平面里用点拟合出图形的轮廓线，但此时均是线，还未形成线，其具体步骤为：首先用视图调节将图形摆好，在所做点云可以用FRONT视图，如图2-14，将点云摆正后，单击图2-14所示菜单中的，弹出对话框如图2-15所示，Ⅰ为选择所要切割的点云层，Ⅱ为选择平行切割的方向，如选x即为以垂直于X的面进行切割，Ⅲ为确定第一个各面的起始位置，Ⅳ若勾选则为自动计算点群切割的间距，当不勾选时，则可以改变切面的最大范围，Ⅴ为要切割面的数目，可以以移动Bar来选择1-100间的值，也可以自行输入不超过100的值，Ⅵ为设定点云中每一点与相另近点群的计算范围。对以上各项调节，使面全部切割，单击应用。然后单击右键，在弹出的选项中选择（仅显示勾选的）弹出对话框，在列表中选择后面有SectCld的选项，单击应用，则显示割面后的点云。如图2-16所示。对于有些点云，只需将其进行一个方向的剖切就可以完整的表达出曲面的特征，完全可以再现出曲面，但有的曲面比较复杂，在进行一个方向剖切后，该曲面的特征并不能表达出，这时可以进行两个方向的剖切，再本次处理中进行X,Z两个方向的剖切，在剖切时，切割面的数目要根据实际情况而定，如果切的数目越多，则物体的曲面特征表现越真实，但是在后续处理时比较麻烦，而且当拟和面时，拟和出的面不太理想，当剖切面太少时，曲面有些特征会丢失，所以在切面数目选择时，应根据曲面大小以及曲面的复杂度来合理选择，本次X方向的剖切面为30，Z方向为20。在剖切完后，点云的排列都已经比较规则了，此时可以对点云进行细致的处理，首先有些地方可能由于切面的影响，部分点不能反映曲面的真实特征，需要对个别点进行删除，可以用前面提到的删除单个点指令进行删除。由于在后面只需要将复杂曲面拟合出即可，所以在这块只对复杂曲面上的点进行处理，这样可以加快处理速度。当杂点删除完成后就可以进行拟合曲线了，由于此时的点群的排列不太规则，如果直接拟合曲线，拟合出的曲线会很不理想，影响后面的各个处理环节，所以在拟合曲线前，还需对点群作进一步的处理，即对点群进行顺化，将两个方向所剖切的面同时打开，然后再进行顺化，因为如果只对单个方向的进行顺化，由于顺化时曲面的变形变化比较大，会给后面的拟合曲面带来困难，有可能不能生成曲面，所以在这块两个方向同时顺化。顺化的具体步骤为在图2-17所示的菜单中单击，弹出如图2-18所示，在列表中全选，然后在MinimumAngle后面设置角度，将小于该角度的点移动位置，使点群平顺化，然后单击应用即可。顺化完后就可以进行成线了。 在图2-19中单击（通过每个点构造线），在弹出的对话框中，将各元素全选，单击应用即可。由于此时该文件里面还有很多点，如果直接保存的话，在后面pro-e中打开后会很困难，所以在保存前将点全部删掉，单击，在弹出对话框的列表中将除有InterpCrv的之外的全部删除，然后将其保存为Igs格式。至此复杂曲面点云在surfacer中的处理已经完成。由于其他规则面在后面可以自动构造，但是需要其特征线，所以在surfacer中还要提取特征线。 首先将摆正后的点云调出，在如图2-19所示的下拉菜单中选择ProjecttoaPlane,弹出如图2-20所示的对话框，在SpecifiedPlane中勾选Y，然后单击最下面的内部对话框，在其中选择，然后应用。用前面所说的选择显示的方法，在列表中选择PlnCld并应用，此时窗口显示的是该点云在屏幕上的投影，即是二维的。然后利用图2-3中（构造三维曲线）中的，然后在特征边上逐个取点，当一个特征边完成后单击应用，如此反复将所有特征线都绘出。完成后用上面相同的删除方法将所有点删除，并保存为Igs格式。PRO-E中的处理过程 当在surfacer中将点云进行处理并将其生成线之后就可以将线生成面了，由于surfacer进行曲面拟合时，软件所提供的工具及面的质量不如其他的CAD软件。所以使用pro-e进行曲面拟合。本次使用的是Pro/ENGINEERWildfire2.0版本。在pro-e中常用的快捷键有：滑动中键是将图放大或缩小（也可以用Ctrl+中键），常按中键，并左右移动可以将图进行旋转，Shift+中键用于平移图形。 首先将在surfacer中存成iges的文件打开，具体为先打开pro-e的界面，如图4-1所示，然后单击新建图标，弹出如图4-2所示对话框，在对话框中选择，在名称的后面可以输入文件名，否则使用默认名prt0001，然后单击确定，便可以打开一个新的文件，然后在如图4-3所示的下拉菜单中选择自文件，会弹出对话框，在其中选择surfacer中最后输出的文件。打开后如图4-4所示。 打开后就可以进行拟合面了，拟合曲面的指令为，单击该图标，窗口最下方会出现如图4-5所示的显示，然后直接选择曲线，在选取曲线时要按住Ctrl键，然后用鼠标左键选取曲线，当一个方向选取完成后，在图4-5中单击，按住Ctrl键，用左键选取曲线，在这里只拟合复杂曲面的部分，对于其他部分在后面处理，所以两个方向的曲线并不是全选，在选取完成后，单击进行预览，如果成功则单击完成曲面的生成。但有时会生成失败，这是由于所选曲线的最外面没有封闭，这时需要增加或减少曲线来使其封闭。由于在前面处理后所成的线，有的曲率太大，拟合面时产生的曲面不是很好，所以在pro-e里对个别线进行了修改，具体修改为首先创建一通过所要修改线的基准面，单击图4-4右边的（创建基准面），弹出一对话框，如图4-6所示，选择要修改的曲线，直接单击确定，然后进入草绘环境，这块选择