逆向设计与3D打印案例教程 课件 3 支架式白光扫描仪、4 Geomagic Studio点云处理软件教学、5.手持式白光扫描仪

支架式白光扫描仪一、设备结构

属于非接触光学扫描仪

关键部分：计算机、光栅发射器、CCD摄像机、连接线、标定块、标志点。扫描头云台三脚架一、设备结构注意：禁止用利器击打两个CCD相机镜头和光栅发射器的镜头，禁止用手触摸CCD相机和光栅发射器的镜头片。

1.设备主体一、设备结构2.云台1所示为控制云台的螺杆，可以调节云台上下旋转；

2所示为控制云台的螺杆，可以调节云台水平旋转；3所示为控制云台的螺杆，可以调整云台左右旋转；

4所示为固定测量头的两个螺丝，用来把测量头固定到云台上。

注：安装和使用设备时一定要把上面所示的三个螺杆和两个螺丝锁紧，否则设备固定不紧，容易脱落摔碎。一、设备结构3.脚架1所示为三脚架的摇杆，可以通过旋转摇杆升降设备；2所示为三脚架的顶丝，用来锁死螺杆；3所示为三脚架升降控制钮，用来控制三脚架内接杆的升降。注意：每次调整好设备的高度后请把三脚架的顶丝锁紧，否则在测量过程中设备容易晃动，而且会影响中轴的刚性。二、设备软件1.工作界面二、设备软件操作界面系统名称和当前活动窗口包括所有的操作选项提供了操作的快捷方式菜单栏工具栏标题栏1.工作界面二、设备软件操作界面2.扫描视窗二、设备软件操作界面3.菜单栏二、设备软件操作界面3.菜单栏新建：结束当前扫描，开始新的扫描。单面扫描模式：此项不可用；标志点拼接模式：已完成一面以上扫描才可用；建立框架拼接模式：已完成一面以上扫描才可用。打开：打开已经存在的点云数据，打开格式包括OKO、ASC、TGT、CSV格式；二、设备软件操作界面用于设定测量的模式，可以选择“单面扫描”、“标志点拼接”、“建立框架”三种模式，当前的模式呈灰色为不可选。直接拼接：直接利用标志点的信息对拍摄的物体进行拼接；面面重合拼接：利用物体多次拍摄重合部分信息对拍摄物体进行拼接。二、设备软件操作界面画框设定：手动在屏幕上画出测量范围；最大区域：相机屏幕所显示的所有范围都被测量。预投光栅：投射光栅在物体上，通过调整光栅发射器的焦距使得物体上的光栅最清晰。测量过程中通过观察光栅的清晰度来判断扫描仪到物体的测量距离是否合适，距离过远或过近投的光栅都不清晰。视场中心：投射十字光标在物体上，观察左右镜头视窗，使光标都在中心位置以确定合适的物距。二、设备软件操作界面系统设置二、设备软件操作界面摄像机控制在默认情况下，左摄像机处于连续采集模式，此时可以调整左摄像机的参数。连续捕获图像：左摄像机处于连续采集并实时显示模式；停止捕获图像：停止当前的连续采集；更新单帧图像：单帧采集当前图像，只有在“停止捕获图像”的时候才可用，用于更新单帧图像；二、设备软件操作界面摄像机参数调整一般情况下曝光时间设置为53左右，增益调节为11左右；以物件不反光为宜；二、设备软件操作界面常用图标注释三、设备标定1.标定块的作用1摄像机定标是得到三维世界中物体点的三维坐标与其图像上对应点的函数关系的过程。2摄像机定标的精度是决定系统扫描精度的重要因素。3通过拍摄不同位置的图像，来实现对系统的标定。4采用平面标定块。1.标定块的作用三、设备标定定标过程中要使用标定块，如图所示。三、设备标定三、设备标定定标需找出和扫描仪相对应的标定板，以保证定标精度。注：标定板后四位尾数与扫描仪尾数一致！三、设备标定1、为了人眼能够在拍摄图像上清晰分辨出黑色圆点，可能要通过调整增益来达到最好的效果；

2、在每个位置上要保证能看到四个大点，其他点可以有看不见的部分，但要尽可能看到更多的点；3、三个不同的点位置要尽量充满待测物体每次扫描区域可能占据的空间；4、第一个位置标定块放置在图像中看到的结果是：四个大点中，共线的三个大点在另一个大点的下方。定标要求三、设备标定精度在0.02以外系统调整使用过程中严重震动长途运输需要重新定标三、设备标定1、标定板（大点向上）放置相机下方，十字光斑位于中心大圆内，调整相机角度及高度，尽量使十字中心对齐；2、旋转标定板90°，三脚架高度上调两圈，使红十字位于黑十字外；3、同方向旋转标定板90°,三脚架高度下调四圈，使红十字位于黑十字外；标定流程三、设备标定5、同方向旋转标定板90°，三脚架高度上调两圈，使红十字位于黑十字外；6、同方向旋转标定板90°，三脚架高度下调四圈，使红十字位于黑十字外；7、同方向旋转标定板90°，调整相机左倾角（角度约15~20°)，使十字中心对齐；8、同方向旋转标定板90°，三脚架高度上调两圈，使红十字位于黑十字外；三、设备标定9、同方向旋转标定板90°，三脚架高度下调四圈，使红十字位于黑十字外；10、同方向旋转标定板90°，调整相机右倾角（角度约15~20°)，使十字中心对齐；11、同方向旋转标定板90°，三脚架高度上调两圈，使红十字位于黑十字外；12、同方向旋转标定板90°，三脚架高度下调四圈，使红十字位于黑十字外。四、扫描前准备工作首先须确保三维扫描仪是建立在一个稳定的环境中,包括光环境：避免强光和逆光对射;三维扫描仪的稳固性等，要最大限度地减少环境破坏，确保三维扫描结果不会受到外部因素的影响。1.确保稳定的扫描环境2.扫描仪精度校准校准扫描仪时，应根据扫描对象调整设备系统设置的三维扫描环境。正确的相机设置会影响扫描数据的准确性，因此必须确保曝光设置是正确的。严格按照制造商的说明进行校准工作，仔细校正不准确的三维数据。校准后，可通过用三维扫描仪扫描已知三维数据的测量物体来检查比对，如果发现扫描仪扫描的精度无法实现时，需要重新校准扫描仪。四、扫描前准备工作3.对扫描物体表面进行处理被测物体表面的材质、色彩及反光透光等都有可能对测量结果有一定的影响，而被测物体表面的灰尘、切屑等更会带来测量数据的噪声，所以首先要对扫描件进行清洗，对黑色锈蚀表面、透明表面、反光面做表面处理。

这些物体包括半透明材料(玻璃制品、玉石)，有光泽，或颜色较暗的物体。五、物体表面处理对于扫描后需要清洗表面的物体，只能使用白色显像剂。物体最适合进行三维光学扫描的理想表面状况是亚光白色，因此表面处理的方法是在物体表面喷一薄层白色物质，一般可选择白色的亚光漆、白色显像剂。五、物体表面处理对扫描物体喷上薄薄的一层显像剂，目的是是为了更好的扫描出物体的三维特征，数据会更精确。1.在喷粉时，要注意在满足扫描要求的前提下尽可能地薄且均匀，喷粉距离约为30cm左右。显像剂喷洒过多，会造成物体厚度叠加，对扫描精度造成影响。2.显像剂不会对物体表面及人体造成损害，扫描完成后用清水洗掉即可。3.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。六、扫描策略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。注意：扫描系统要求在本次扫描中，至少能摄取到4个在之前扫描时提取出的标志点。同时要求这4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）。采用标志点来实现多次扫描数据的坐标系统一（扫描系统会精确、自动地提取标志点三维坐标），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定。六、扫描策略制定根据待测物体选择测量模式，在菜单“参数设定”选择“测量模式设定”，可选择“单面扫描”、“标志点拼接”、“建立框架”三种模式；1、单面扫描：对一些物体的测量，只要拍摄一面就能得到所需的数据，此时需要使用单面扫描操作。2、标志点拼接：一些较大的物体一次不能测完全部数据，可通过贴标志点，利用标志点拼接方式完成。3、建立框架拼接

：测量一些大物体时，由于积累误差使最后的测量误差偏大，为了控制整体误差，测量大物体时先建立框架再进行标志点拼接测量。扫描方式六、扫描策略制定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。下面分三种情况予以介绍：策略一：被扫描工件大小在扫描系统单面扫描范围内。

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4个公共点即可。扫描策略六、扫描策略制定策略二：被扫描工件大小超出扫描系统的单面扫描范围，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）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。

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）。六、扫描策略制定在实际扫描中，如果工件不易搬动，我们也可以使用辅助装置。如将被扫描工件放置在转台装置上。策略三：标志点可以粘贴在被扫描工件周围的转台表面上，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地产生空洞。但这种策略不允许被扫描工件与转台有任何的相对位移，否则会造成拼接误差增大，甚至导致扫描项目失败。七、标志点粘贴注意事项（1）标志点尽量粘贴在平面区域或者曲率较小的曲面，且距离工件边界较远一些；（2）标志点不要粘贴在一条直线上，且不要对称粘贴；标志点粘贴在特征上，影响特征采集标志点粘贴成一条直线或对称不利于特征的采集，而且贴点过多。七、标志点粘贴注意事项（3）公共标志点至少为4个，但因扫描角度等原因，一般建议5-7个为宜；标志点应使相机在尽可能多的角度可以同时看到；标志点过少，无法采集特征曲面标志点粘贴、分布较合理（4)粘贴标志点要保证扫描策略的顺利实施，根据工件的长、宽、高合理分布粘贴；（5）标志点应使相机在尽可能多的角度可以同时看到。八、扫描注意事项1.扫描过程中避免扫描系统震动，同时被扫描工件也须是静止状态；2.扫描时外部环境光线不要太强，暗室操作效果更佳；3.深色或反光的工件要喷显像剂进行扫描；4.对于容易变形的工件，可以通过云台移动扫描头或移动扫描系统进行扫描；5.扫描时十字尽量投在被扫描工件上；6.扫描时，根据实际需要可通过云台确定扫描头的位置或角度；7.扫描系统具有仿生学视觉特点，为顺利完成扫描工作，扫描人员可以站在扫描头的位置判断能否看到需要提取的标志点，若不能请及时调整被扫描工件的摆放角度。GeomagicStudio点云处理软件教学一、软件简介GeomagicStudio由美国Raindrop(雨滴)公司出品，2013年被3DSystems收购，拥有强大的点云处理能力，能够轻易的从扫描所得的点云数据创建完美的多边形模型和网格，并可自动转换城NURBS曲面，可直接用于3D打印、制造、艺术和工业设计等方面。

该软件是除Imageware之外应用最为广泛的逆向工程软件，是目前市面上进行点云处理与三维曲面构建功能最强大的软件。（1）建模时采用点云三角网格面曲面的方式；（2）软件功能操作便捷，易学易用；（3）具有自动拟合曲面功能，对玩具、工艺类工件等自由曲面优势较大。二、软件界面三、鼠标应用左键在图形区域的活动对象上选择区域。CTRL+左键取消选择区域ALT+左键

移动光源

SHIFT+左键

激活模型(当同时处理几个模型时)滚轮或中键缩放CTRL+中键设置多个激活模型。(必须是同样的数据类型)ALT+中键平移SHIFT+CTRL+中键

在当前平面上移动模型右键

单击获得快捷菜单CTRL+右键旋转ALT+右键平移

SHIFT+右键

缩放四、主要功能GeomagicStudio软件提供了六大数据模块，包括基础模块、点处理模块、多边形处理模块、形状模块、Fashion模块、参数转换模块。（1)基础模块主要作用是提供基础操作环境，包括文件保存、显示控制、数据结构等。（2)点处理模块A优化扫描数据（去除体外孤点、减少噪音等）B拼接多个扫描数据；C降低数据密度；D将扫描数据封装城三角面片。四、主要功能（3)多边形处理模块A清除、删除钉状物，减少噪点光顺三角网格；B简化三角面片数目；C自动填充模型中的孔，并清楚不必要的特征；D加厚、抽壳、偏移三角网格；E创建、编辑边界。（4)精确曲面A自动拟合曲面；B编辑处理轮廓线；C构建曲面片，并对曲面片进行移动、松弛等处理；五、工作流程六、数据处理要求第一阶段：点云阶段(1)去掉扫描过程中产生的杂点、噪音点；(2)将点云文件三角面片化（封装），保存为STL文件格式。第二阶段：多边形阶段(1)将封装后的三角面片数据处理光顺、完整；(2)保持数据的原始特征。七、常用命令为了更加清晰、方便的观察点云的形状，将点云进行着色。选择断开组件连接：指同一物体上具有一定数量的点形成点群，并且彼此间分离。选择体外弧点：选择与其它绝大数的点云具有一定距离的点。（敏感性：低数值选择远距离点，高数值选择的范围接近真实数据。）减少噪音：因为逆向设备与扫描方法的缘故，扫描数据存在系统差和随机误差，其中有一些扫描点的误差比较大，超出我们允许的范围，这就是噪声点。封装：对点云进行三角面片化。七、常用命令第二阶段：多边形阶段主要操作命令填充孔：修补因为点云缺失而造成漏洞，可根据曲率趋势补好漏洞。去除特征：先选择有特征的位置，应用该命令可以去除特征，并将该区域与其它部位形成光滑的连续状态。网格医生：集成了删除钉状物，补洞、去除特征、开流形等功能，对于简单数据能够快速处理完成。手持式白光扫描仪一、设备简介序号名称1安装程序2电源适配器3USB线缆4定位标点5GOSCAN一、设备简介一、设备简介序号

名称1上CCD2环形灯3LED白光投影仪

4下CCD5彩色相机6触发器一、设备简介系统连接将电源连接到USB电缆。

2.将USB数据线插入计算机的USB3.0端口。3.接通电源电源。4.在数据线最末端，将USB数据线接