三维数据采集三维数据采集

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项目二三维工程设计《快速成型技术与应用》2-3三维数据采集了解逆向工程数据采集系统的分类及相应的测量原理，掌握接触式测量与非接触式测量的不同技术特点。通过数据采集案例，了解三维数据采集的流程及方法。能力目标知识要点了解逆向工程数据采集方法及种类数据采集方法及分类掌握接触式测量与非接触测量技术特点接触式测量和非接触测量了解数据采集的流程扫描前处理、扫描规划、扫描学习目标表面数据测量非接触式接触式光学式非光学式触发式机械手臂三角形法结构光法激光干涉法计算机视图法

CT测量法MRI测量法层切法超声波法一、数据获取方法的分类接触测量，点测量精度几个μm测量速度慢二、接触式数据扫描——三坐标测量机CMM

567接触式测量特点测量精度高与被测物体表面的颜色、外形无关，对光强无要求可直接测量特征尺寸测量速度慢适用于硬质表面，软质表面易变形球头半径补偿测量时需要固定和定位基准非接触测量，线测量精度几十个μm测量速度较快三、非接触式光学扫描——激光扫描测量三、非接触式光学扫描——激光扫描测量牙颌的点云和反求11点云网格艺术品的点云和反求三、非接触式光学扫描——结构光扫描测量采用的照相式三维扫描技术。利用相位和立体视觉技术的结合，在物体表面投射光栅。利用相位和外极线实现两幅图像上的点的匹配，利用定标了的摄像机系统，计算点在三维空间坐标，以实现物体表面三维轮廓的测量。以德国Gom公司为代表的Atos三维光学扫描仪是基于双目式光栅投影测量技术的设备。国外称为whitelightscanner,白光3D扫描仪非接触扫描仪—结构光三维扫描仪北京天远OKIO-I/II/V3DSSLED白光扫描仪XTOM型三维光学面扫描仪

三、非接触式光学扫描——特点

(1)测量速度快，不必逐点测量，测量面积大，数据较为完整。

(2)可以直接测量材质较软以及不适合直接接触测量的物体，如橡胶、纸制品、工艺品、文物等。

(4）对零件表面的反光程度、颜色等有较高要求，工件表面的明暗程度会影响测量的精度。

(5)测量精度一般，特别是相对于接触式测头测量数据而言。

(6)对于一些细节位置，如边界、缝隙、曲率变化较大的曲面容易丢失数据。

(7)陡峭面不易测量，激光无法照射到的地方便无法测量。四、非接触式非光学扫描——断层扫描可以测量物体表面、内部和隐藏结构特征

破坏性测量——层去扫描法非破坏性测量——CT测量法——MRI测量法

——超声波测量法结构光、激光扫描仪和三坐标测量机比较

结构光（白光）激光扫描仪三坐标测量机系统体积小一般大系统重量轻、方便移动一般、可移动重、不可移动扫描方式面点、线点测量精度高较高高测量范围大一般小测量时间小于5秒10分钟--数小时数小时--数天安装设置简单一般需调试维护难度容易一般难、严格工作环境不严格一般严格适用范围所有物体厂家不同而不同硬物体的测量扫描精度应满足实际的需要；扫描速度快，尽量减少测量在整个逆向过程中所占有的时间；数据扫描要完整，以减少数模重构由于数据缺失带来的误差；数据扫描过程中不能破坏原型；降低数据扫描成本。数据扫描满足以下要求：对自由曲面形状物体的数据扫描一般用非接触光学测量的方法，对规则形状物体的数据扫描一般用接触式测量。非接触光学扫描的前处理

表面处理

（1）喷亚光漆、白色显像剂：黑色锈蚀表面、透明表面、反光面（2）清洗：工件表面的灰尘、铁屑等更会带来测量数据的噪声，造成点云数据不佳。

非接触光学扫描的前处理

贴标记点或标识点

(1)对于一些大型物体（比如汽车覆盖件），或者需要多幅测量进行拼接时，需要根据视角在物体的表面贴上一些标记点。

(2)标记点用来协助坐标转换的，是多视觉注册拼合的特征点。(3)标记点可以是扫描物体本身的特征点、可以用笔画在纸上的标记、或用橡皮泥捏成的标记点。如果自动拼合，标记点是一个个黑白的专用标记点扫描规划精确扫描——对曲率变化大的地方数据尽量采集完整；高效扫描——数据扫描的次数少、数据量尽量小、缩短扫描时间。2.数据处理

目的：获得完整、正确的测量数据以方便后续的造型工作。

主要工作：点云拼合、数据过滤及平滑、球头半径补偿、数据精简、数据分割22拼合点云实例发动机罩测量点云拼合前发动机罩测量点云拼合后23切分窗口拼接后的整体图像24数据测量与处理实例例：汽车覆盖件——点云数据的处理（900,000个点）原始数据：体外点，噪声点25删除体外点26删除噪声点27消除体外点及噪声点后的点云28效果比较29数据精简：150,000301.数据扫描方法可以分为接触式和非接触式两大类。2.非接触光学扫描是逆向数据采集的主要方法。非接触光学扫描设备很多，不同的扫描设备，虽然由于扫描的原理不同，扫描软件操