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1、手持式激光扫描仪手持式激光扫描仪成思源成思源 杨雪荣杨雪荣1教学要求：教学要求：l了解手持式激光扫描仪的结构、原理了解手持式激光扫描仪的结构、原理l了解手持式激光扫描仪主要功能了解手持式激光扫描仪主要功能l了解手持式激光扫描仪方法了解手持式激光扫描仪方法2l手持式激光扫描系统：手持式激光扫描系统： 手持式激光扫描系统即是采用激光三角测量原理对物理模型手持式激光扫描系统即是采用激光三角测量原理对物理模型的表面进行数据采集。的表面进行数据采集。 是继基于三坐标测量机激光扫描系统、柔性测量关节臂的激是继基于三坐标测量机激光扫描系统、柔性测量关节臂的激光扫描系统之后的光扫描系统之后的“第三代第三代”三
2、维激光扫描系统。该扫描仪无需任三维激光扫描系统。该扫描仪无需任何关节臂的支持，只需通过数据线与普通何关节臂的支持，只需通过数据线与普通pc或者笔记本电脑相或者笔记本电脑相连接，就可以手持该扫描仪任意自由度地对待测零件、文物、汽连接，就可以手持该扫描仪任意自由度地对待测零件、文物、汽车内饰件、鞋模、玩具等进行扫描，从而快速、准确并且无损的车内饰件、鞋模、玩具等进行扫描，从而快速、准确并且无损的获得物体的整体三维数据模型获得物体的整体三维数据模型,达到质量检测、现场测绘与逆向达到质量检测、现场测绘与逆向cad造型、模拟仿真和有限元分析的目的。造型、模拟仿真和有限元分析的目的。 3其特点有：其特点有
3、：l无需其他外部跟踪装置，如无需其他外部跟踪装置，如cmm、便携式测量臂等。、便携式测量臂等。l利用反射式自粘贴材料进行自定位。利用反射式自粘贴材料进行自定位。l采用便携式设计，具有质量和体积小，具有运输方便的特点，因而不受采用便携式设计，具有质量和体积小，具有运输方便的特点，因而不受扫描方向、物件大小及狭窄空间的局限，可实现现场扫描。扫描方向、物件大小及狭窄空间的局限，可实现现场扫描。l扫描过程在扫描过程在pc屏幕上同步呈现三维数据，边扫描边调整；通过对定位点屏幕上同步呈现三维数据，边扫描边调整；通过对定位点的自动拼接，可以做到整体的自动拼接，可以做到整体360度扫描一次成型，同时避免漏扫盲
4、区。度扫描一次成型，同时避免漏扫盲区。l直接以三角网格面的形式录入数据，由于没有使用点云重叠分层，避免直接以三角网格面的形式录入数据，由于没有使用点云重叠分层，避免了对数据模型增加噪音点；而且采用基于表面最优运算法则的技术，因了对数据模型增加噪音点；而且采用基于表面最优运算法则的技术，因此扫描得越多，数据获取就越精确。此扫描得越多，数据获取就越精确。l数据输出时，自动生成高品质的数据输出时，自动生成高品质的stl多边形文件，马上可以读入多边形文件，马上可以读入cad软软件以及快速成型机和一些加工设备；同时兼容多种逆向软件，可以生成件以及快速成型机和一些加工设备；同时兼容多种逆向软件，可以生成各
5、种各种cad格式文件。格式文件。 4l手持式激光扫描测量系统组成手持式激光扫描测量系统组成 如图所示，该扫描仪的如图所示，该扫描仪的下端小圆孔为十字激光下端小圆孔为十字激光发射口，激光由该孔中发射口，激光由该孔中发射出；中间黑色按钮发射出；中间黑色按钮是触发器，按住此按钮是触发器，按住此按钮系统开始接受数据；上系统开始接受数据；上端两个大圆孔是端两个大圆孔是ccdccd镜头，镜头，接收反射回来的激光；接收反射回来的激光；每一个每一个ccdccd镜头的周围是镜头的周围是四个四个ledled发光点，用于屏发光点，用于屏蔽周围环境光对扫描数蔽周围环境光对扫描数据的影响。据的影响。 5lrevscan
6、手持式激光手持式激光扫描测量硬件系统包括扫描测量硬件系统包括以下配件：火线以下配件：火线pcmcia数据采集卡、数据采集卡、数据线、电源适配器、数据线、电源适配器、支撑架以及计算机，由支撑架以及计算机，由以上配件和以上配件和revscan手持式激光扫描仪组配手持式激光扫描仪组配成一个完整的激光扫描成一个完整的激光扫描硬件系统如图硬件系统如图4-2所示。所示。 6l软件系统软件系统l与硬件系统相配套的软件系统是与硬件系统相配套的软件系统是vxscan数据处理软数据处理软件。件。vxscan软件可将扫描仪扫描得到的数据进行保软件可将扫描仪扫描得到的数据进行保存，并可以直观显示当前工作进度等操作。存
7、，并可以直观显示当前工作进度等操作。vxscan的操作界面如图的操作界面如图4-3所示。所示。7lvxscan软件与其它软件界面类似，从上至下分别标题栏、菜单栏、工具栏、视软件与其它软件界面类似，从上至下分别标题栏、菜单栏、工具栏、视窗以及状态栏，左边树形控制栏显示的是菜单窗以及状态栏，左边树形控制栏显示的是菜单“view”下的命令，可通过单击树形下的命令，可通过单击树形控制栏内的项目直接对命令进行操作。控制栏内的项目直接对命令进行操作。 8操作流程操作流程l1、着色处理和配置颜色。、着色处理和配置颜色。 l2、贴标记点。、贴标记点。 l3、组配硬件系统。、组配硬件系统。 l4、启动、启动vx
8、scan软件软件 l5、扫描。、扫描。 l6、保存文档。、保存文档。 9l着色处理和配置颜色。着色处理和配置颜色。 如果扫描的模型是反射效果较为强烈的塑料、金属等材质，如果扫描的模型是反射效果较为强烈的塑料、金属等材质，ccd无法正确捕捉到反射回来的激光，也就无法正常进行扫描。无法正确捕捉到反射回来的激光，也就无法正常进行扫描。通过喷施着色剂可增强模型表面的漫反射，使通过喷施着色剂可增强模型表面的漫反射，使ccd正常工作。着正常工作。着色剂的喷施不可以太薄或者不均匀，会因此影响到最终点云数据色剂的喷施不可以太薄或者不均匀，会因此影响到最终点云数据的完整程度；着色剂的喷施不可以太厚，因为太厚不仅
9、会覆盖掉的完整程度；着色剂的喷施不可以太厚，因为太厚不仅会覆盖掉一些细节特征处，而且会因此增大零件的外形，影响到点云数据一些细节特征处，而且会因此增大零件的外形，影响到点云数据的准确性。较好的着色方法是进行多次喷施，直到各个部位都均的准确性。较好的着色方法是进行多次喷施，直到各个部位都均匀着色为止。如果扫描的模型不是反射效果强烈的材质，通过软匀着色为止。如果扫描的模型不是反射效果强烈的材质，通过软件对颜色的配置可完成对模型的扫描。件对颜色的配置可完成对模型的扫描。 10l贴标记点。贴标记点。 通过在模型表面粘贴标记点的方法进行空间定位，可以实现对不同通过在模型表面粘贴标记点的方法进行空间定位，
10、可以实现对不同角度扫描数据的拼接。标记点表面拥有很好的反射效果，以便于扫描仪角度扫描数据的拼接。标记点表面拥有很好的反射效果，以便于扫描仪能够准确定位该点的空间位置，从而在扫描仪自身的系统空间中表达出能够准确定位该点的空间位置，从而在扫描仪自身的系统空间中表达出来，并通过激光对可识别定位点之间物体表面的探测，实现物体模型转来，并通过激光对可识别定位点之间物体表面的探测，实现物体模型转换为数字模型；但是系统无法识别标记点自身的表面情况，由系统自动换为数字模型；但是系统无法识别标记点自身的表面情况，由系统自动以平面的形式填充，所以标记点不能够贴在零件的特征处或曲率变化较以平面的形式填充，所以标记点
11、不能够贴在零件的特征处或曲率变化较大的位置。贴标记圆点的一般距离是大的位置。贴标记圆点的一般距离是8-20cm，规则是在平面或曲率变，规则是在平面或曲率变化较小的区域贴较少的标记点，在特征处或曲率变化较大的区域贴较多化较小的区域贴较少的标记点，在特征处或曲率变化较大的区域贴较多的标记点。的标记点。 11l组配硬件系统。组配硬件系统。 按照上一节的内容对硬件系统进行组配。由于扫按照上一节的内容对硬件系统进行组配。由于扫描仪比较轻巧，所以在组配和测量时拿住它测量比较描仪比较轻巧，所以在组配和测量时拿住它测量比较轻松。需要注意的是，因为轻松。需要注意的是，因为revscan扫描仪是高精密扫描仪是高精
12、密的光学设备，所以在组配和测量过程中避免碰撞扫描的光学设备，所以在组配和测量过程中避免碰撞扫描仪，否则会降低扫描的精度，甚至可能损坏扫描仪。仪，否则会降低扫描的精度，甚至可能损坏扫描仪。 12l启动启动vxscan软件。软件。 如果系统没有提示如果系统没有提示“没有找到扫描仪设备没有找到扫描仪设备”，则说，则说明测量系统已正确组配。启动明测量系统已正确组配。启动vxscan软件，并处于软件，并处于接受数据状态。按住触发器，激光发射孔发射十字激接受数据状态。按住触发器，激光发射孔发射十字激光，光，led发射红色屏蔽光。如图发射红色屏蔽光。如图4-4所示，至少有所示，至少有3个个定位点在系统的识别
13、范围之内，系统才开始接收数据。定位点在系统的识别范围之内，系统才开始接收数据。激光从发射孔发出，由激光从发射孔发出，由ccd镜头接收，并在镜头接收，并在vxscan软件中以直观的曲面模型的形式表现出来。软件中以直观的曲面模型的形式表现出来。 13l扫描。扫描。 在进行扫描工作之前，先确定模型的大小、颜色，并对相关在进行扫描工作之前，先确定模型的大小、颜色，并对相关参数进行设置。在扫描过程中，扫描仪的激光发射器与激光参数进行设置。在扫描过程中，扫描仪的激光发射器与激光“十十”字照射的相应零件区域保持在字照射的相应零件区域保持在250mm-300mm，使扫描仪达到最，使扫描仪达到最佳的数据输入状态
14、；如果两者的距离过近或过远，系统将自动提佳的数据输入状态；如果两者的距离过近或过远，系统将自动提示。最佳的扫描方向为激光示。最佳的扫描方向为激光“十十”字的两个相邻边的角平分线方向。字的两个相邻边的角平分线方向。如图如图4-5所示为模型正在扫描的过程当中，为了减少环境的干扰，所示为模型正在扫描的过程当中，为了减少环境的干扰，扫描过程中，扫描仪会发出红色的屏蔽光。扫描过程中，扫描仪会发出红色的屏蔽光。 14l在电脑上显示红色的参照标志点代表它们正在扫描的区域中，该区域正在被采集在电脑上显示红色的参照标志点代表它们正在扫描的区域中，该区域正在被采集到电脑中。通过在电脑显示屏上的观察，可以获得点云的
15、质量，以根据显示来判到电脑中。通过在电脑显示屏上的观察，可以获得点云的质量，以根据显示来判断扫描的质量是否符合要求，并且可以针对点云残缺的部分进行进一步的扫描。断扫描的质量是否符合要求，并且可以针对点云残缺的部分进行进一步的扫描。 15l扫描时一般从曲率变化较小的面开始，当一个面扫描扫描时一般从曲率变化较小的面开始，当一个面扫描完转至相邻面时，必须保证至少有三个标记点在扫描完转至相邻面时，必须保证至少有三个标记点在扫描范围之内，否则系统将停止输入数据。如果多次翻转范围之内，否则系统将停止输入数据。如果多次翻转至相邻面均失败，可适当增加两个面的标记点，使扫至相邻面均失败，可适当增加两个面的标记点
16、，使扫描工作顺利进行。描工作顺利进行。 16l1、模型尺寸较小。尺寸较小的模型由于不能贴足够的标记点，、模型尺寸较小。尺寸较小的模型由于不能贴足够的标记点，也就无法完成扫描仪的邻边翻转测量的过程。对于此类零件的扫也就无法完成扫描仪的邻边翻转测量的过程。对于此类零件的扫描需要增加辅助工具来完成测量，比如可以通过增加一块辅助平描需要增加辅助工具来完成测量，比如可以通过增加一块辅助平面板来进行测量。在辅助板面上按照贴标记点的规则均匀贴满标面板来进行测量。在辅助板面上按照贴标记点的规则均匀贴满标记点，而模型本身可以不贴标记点，通过辅助板上的定位点就可记点，而模型本身可以不贴标记点，通过辅助板上的定位点就可以完成对小尺寸模型的测量。如图以完成对小尺寸模型的测量。如图4-8所示是汽车连杆通过添加所示是汽车连杆通过添加辅助平板来完成扫描。辅助平板来完成扫描。l图图4-8 较小零件与带标记点的辅助板较小零件与带标记点的辅助板17l2、薄壁件。薄壁件由于厚度小，也就无法完成扫描、薄壁件。薄壁件由于厚度小，也就无法完成扫描仪的邻边翻转测量的过程。同样需要通过辅助工具完仪的邻边翻转测量的过程。同样需要通过辅助工具完成翻转过程。如图成翻转过程。如图4-9所示是薄壁壳体添加辅助工具完所示是薄壁壳体添加辅助工具完成扫描。成扫描。 18