三维扫描技术应用.ppt

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1、 三维扫描技术及产品应用交流 张乐奎 邮箱： lk_ 手机： 15921910564 电话： 021-68790958 交流内容： 三维激光扫描仪的建模技术与应用 激光三维扫描仪 结构光三维扫描仪 部分应用案例 快速成型流程图 三维扫描采集数据 数据处理（自由建模） 快速成型系统制作原型件 验证，真空浇注小批量生产 逆向工程 模块 逆向工程模块会用到的设备及软件 数据采集设备：三维扫描仪、测量臂、三坐标等 数据处理软件：逆向工程软件、逆向检测软件等 数据二次设计系统： Freeform自由建模系统、 UG、 Pro/E等 数据采集设备暨三维扫描技术的一般说明 所谓三维 三维技术的主要应用领域

2、三维数据的表现方式 三维数据的获取方法 各方法的特点比较 数据采集设备暨三维扫描技术的一般说明 所谓三维 我们生活的空间是三维世界 在几何上，我们用 XYZ值来表示三维空间的一个点 我们用两个点表示一条直线 我们用三个点表示一个平面 -点线面构成了地球上的所有基本形状 所以，三维数据 采集设备利用的就 是这种最基本的道 理，利用三角测量 法来获得空间点的 坐标位置。 数据采集设备暨三维扫描技术的一般说明 三维技术的主要应用领域 1. 工业建模与测量 Industry Modeling and Mersuring 2. 工业产品质量检测与监测 Qulity Inspection 3. 虚拟现实与

3、仿真模拟 VR and Simulation 4. 数字化工程 Digital Project 例：数字北京 /奥运 /博物馆 / 校园，标本制作，文物保护 5. 医疗美容整形 6. 建筑设计与环境设计 7. 土木工程 8. 公安与军事 三维数据的表现方式 1. 黑白点 Points without color 2. 彩色点 Points with color 3. 黑白小三角平面 Flat without color 4. 彩色小三角平面 Flat with color 5. 黑白渲染 Smooth without color 6. 彩色渲染 Smooth with color 7. 黑白线

4、段 Wireline without color 8. 彩色线段 Wireline with color 数据采集设备暨三维扫描技术的一般说明 一般性的应用流程 例子：生物工程制造领域内的应用方法 1. 扫描某个物体 (骨头 ),或某个部位 (耳朵 ) 2. 快速建立该三维模型 (拼接 ,合成等 ) 3. 转换成 STL格式或其他格式 4. 利用快速成型设备制造 5. 提供研究人员使用 6. 将三维数据显示在三维屏幕上 虚拟手术方案 例如 : 日本的癌症中心 数据采集设备介绍 激光三维扫描仪部分 1.日本柯尼卡美能达系列三维激光扫描仪 2.加拿大 CREAFORM手持式三维激光扫描仪 3.加拿

5、大 NDI手持式三维激光扫描仪 何谓 非接触式三维扫描仪？ 1 .照到被测体的 测定光 2.由另一个视点的 镜头接受反射光 3.迅速传输到高密度三维空间坐标值 通俗的说：非接触式三维扫描仪相对于传统的三坐标等测量设备而言的， 它通过光学上的反射，利用科学的计算方法获取物体表面的空间坐标值。 Konica Minolta三维扫描仪总览 Vivid9i Vivid910 Range 7 Range 5 三 维 扫 描 仪 逆 向 工 程 的 首 选 系 统 柯尼卡美能达 三维扫描仪 RANGE7 / RANGE5 柯尼卡美能达 三维扫描仪 -解读 1.适合扫描复杂曲面 2.可以无需喷涂就能扫描黑色

6、物体及表面反光物体 3.无需贴点 4.扫描速度快，校准简便 5.扫描范围大，配合照相系统可以扫描整车 6.COMS镜头，可以处理大容量数据。 7.点云数据， 24位真彩色。 8.适用于逆向及检测，工业方面应用较多。 人体計測 文物 /医疗 /工业 （ ） VIVID700 簡単 高速 （ ） VIVID300 （ ） VIVID900 （ ） VIVID910 精度提高 柯尼卡美能达三维扫描仪发展史 完美适合工业应用 （ ） VIVID i 精度提高 可靠性提高 3D-CAD的 普及 和需求的 増大 （ 9） 7 精度更上一城楼 更高可靠性 快速、轻便 NEW 激光 被 測定物 CMOS感光器

7、 131万画素 （ 1280 1024） 利用激 光扫描 CMOS感光器 接受物体的放射光 三角測量 原理 可在普通的照明环境下测量，无需在暗室操作 激光切断法 柯 尼卡美能达三维扫描仪测量原理 自由曲面多 测量部位多 适合于 非接触 式的测量物 铸造件 锻造件 板金件 金属板 工具関係等 树脂成型件 叶轮 测量此类工件 非接触 三维扫描仪大有 用武之地 ！ 柯尼卡美能达三维扫 描仪客户遍及各行各业。 RANGE7测量演示 扫描数据的拼接 旋转 台 （ 选配件 ） 进行拼接 根据对应点的指定 拼接 利用标识点进行拼接 主測定 不止表面 、 结构 面 的骨架和孔洞根部也可测量 ！ 准确再现 复杂

8、结构 精 度 检测上 使用 的球规 在柯尼卡美能达，采用德国的 VDI/VDE2634Part2标 准球规的方法，测量 各球間 距离 。 测量在特定空间内的 10个位置的球规作为出厂标准。 通过非接触式三维扫描仪 得到 三维 CAD数据 1、扫描整个样件（或需要测量的局部） 从不同角度进行测量，软件自动拼合 得到可编辑的点云数据 参数化设计 应用 1 逆向设计 详解：非接触式方法 实现逆向设计 2.、对扫描数据进行初步处理，然后进行参数化设 计 NURBS曲面：自动铺面功能 基于点云数据 的参数化设计 应用 1 我们的系统包含了对 PRO/E、 UG、 CATIA、 SOLIDWORKS的软件

9、 接口，连同设计历史 一起导入 辅助案例：汽车反光镜逆向设计 1. 制造模型 3.生成面片数据 4. 为三维 CAD/CAM生 成曲面数据 2. 由 RANGE7 扫描 6. 导出到 CAD/CAM 5. 曲面质量检测 （曲面连续性） 主管 Fukuda先 生说使用之后将 典型的工作流程 从 4星期缩短为 2星期！ 应用 a. 从三维扫描仪输出 STL格式 b. 输入快速成型机 c. 调整数据大小 d. 输出打印样品 样品的查看 小批量生产 应用 2 通过非接触式三维扫描仪 得到 三维扫描数据 无需特殊处理， STL文件可直接 打印！ 另外应用 检测 /测量： 得到三维数据后，在软件中选取所关

10、注的尺 寸（角度、长度、形位公差等），软件自动测量； 与 CAD模型进行对比，根据零件装配的需要，软件提供 多种对齐方式，用 彩虹图 的方式直观的表现出轮廓误差； 3D GD&T 加拿大 Creaform手持式三维激光扫描仪 工作原理 :自定位测量 在需要扫描物体表面的任意位置贴上 标志点 高速的 CCD照相系统辨认所有点 组成的三角面 ,并且在屏面上可以 实时的看到这些不断被扫描出来 的面 同时捕捉到 4个标记点 产品线： 系统特点： 1.手持式，便携 2.自动拼接 3.直接输出 STL格式，不是原始点云 4.精度一般，价位较低 5.多应用于文物及教育行业 6.适合扫描大型件 7.需要贴点

11、ZSCANNER手持式三维激光扫描仪 ZCORPORATION公司贴牌 Creaform公司产品 ZCORP做三维打印机 加拿大 NDI手持式三维激光扫描仪 Vicrascan 系统特点 1.扫描原理和 HandyScan一样，需要捕捉标记点 2.导出的是点云数据 3.激光线扫描（非十字交叉线） 4.无需喷涂，可以扫描黑色物体 5.价位低，便携 6.精度一般，属中低端产品 7.目前产品线单一。 三种系统概况 柯尼卡美能达： 1. 中高端产品，价位较高，其中 VIVID系列偏低。 2. 广泛用于工业领域及教育行业等。性能稳定，便携，数据噪音小。 3. 无需贴点，个别物体无需喷涂。保证精度 4u.

12、 4. 线扫描， CMOS镜头，可以处理大容量数据。 5. 可以获得彩色数据，导出数据是点云。 6. 适合扫描中型件， RANGE系列适合扫描小型精密件。对于深孔或槽及薄壁件有优势。 Creaform Handyscan 1. 中低端产品，价位偏低，部分产品价位偏高。 2. 广泛用于文物及教育行业，便携，稳定性一般，数据噪音偏高。 3. 需要贴点，需要喷涂。保证精度 4-5u。 4. 十字交叉线扫描，以标记点定位。 CCD镜头，处理大容量数据一般。 5. 导出数据格式不是点云，是三角网格化的 STL格式，数据经过自带软件光顺处理。 6. 便携，小巧，适合扫描中大型件，对精密件扫描不是长项。 7

13、. 产品线齐全。 NDI VicraScan 1. 中低端产品，价位偏低，产品单一。 2. 需贴点喷涂，部分黑色物体不需要喷涂。便携，单线扫描。 3. 导出数据是点云，适合扫描中大型件，精度一般 4-5u. 4. 应用于文物考古教育行业。 5. 未来是 Handyscan的强力竞争对手。 数据采集设备介绍 以 SOLUTIONIX三维扫描仪为说明 特点： 1. 具有代表性 2. 和 ATOS竞争 3. 中高端设备 4. 设备独特 结构光三维扫描仪 1.SOLUTIONIX REXCANIII系列三维扫描仪 照相机 1 照相机 2 白光发射仪 照相机 1 照相机 2 白光发射仪 利用白光技术发射

14、多组条纹到待扫描物体上 利用照相机拍摄到的数据计算物体表面的坐标信息 (区域扫描 ) 2.Rexcan III 逆向工程中更好的解决方案 与 ARX全面兼容、全 /半自动扫描过程 20种不同的扫描区域设置 更多的细节数据，更高的精确度 双相机 (最高可达 500万像素 ) 更强的纵向扫描能力（扫描深度） 令整个扫描过程更快、更简单 REX CA NIII 系列 英国硬币 10分 3.Rexcan III 高品质 解析度 : 双相机 ， 高解析度 (最高可达 500万像素 ) 更精锐的三维数据 三角测量角度 : 10 可测量凹陷直径 : 10mm 该凹陷直径的扫描深度 : 15.2mm 三角测量

15、角度为 25时 三角测量角度为 10 时 V.S. 扫描深度 3-1.Rexcan III 高品质 深度 /直径比率 1.5 更小的三角测量角度令纵向扫描距离 (扫描深度 )更长 Rexcan III 10的三角 测 量角度 10 4.REXCANIII数据样本更细节更干净 5.REXCANIII更快更简单的扫描过程 放置参照目标点 多角度扫描 (移动物体或扫描仪 ) 基于目标点的自动数据联合 （多次扫描结果） 数据整合 STL格式数据输出 (逆向设计或检查用 ) or 6.REXCANIII高适用性 扫描区域 支持 20种不同的扫描空间 范围 Unit: mm REXCAN III系统解读

16、1.高分辨率 2.高精度 ， 高精确度 (达 0.01个毫米 ) 3.较少的盲点（ 10 扫描位置） 4.强大的数据处理能力 5.Rexcan III-灵活扫描特点： a. 多个镜头扫描轨道 b. 多个扫描范围 c. 灵活的升级模式 (全球唯一 ) 6.Rexcan III简便快捷特点： a.遥控操作 b.扫描范围的变更 c.快捷的校准系统 d.批数据处理 e.更轻便更强大 7.Rexcan III其他特点补充说明： a.全尺寸测量 b.精度高 ,速度极快 . c.标志点全自动拼接 d.便携式设计 ,对环境条件不敏感 精度高，速度快，高端设备，结构光扫描，广泛用于工业领域， 扫描精密小型件是强

17、项 三维激光扫描仪的建模技术与应用 Scanning And Modeling Technology 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 大型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a Big 3D object and modeling 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 小型物体：牙齿，工厂零部件，人体，汽车，有形文物 ， 数字博物馆恐龙，化石，石窟 扫描小型物体的关键技术： Key Point 1. 速度 High Speed 2

18、. 精度 (理想要求与实际现状 ) High Accuracy 3. 软件 Modeling Software 高级建模软件 (Polyworks,Rapidform,Geomatic,Surface) 其他后处理软件 (Pro/E, UG, I-Deas, Catia, 3D-Max, Maya) 4. 技术 Technical 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 小型物体的三维数字化步骤 : Steps of Digital for a Object 1. 多次多方向扫描物体的各部位 异坐标系的点云数据 2. 坐

19、标系的拟合 统一坐标系的点云数据集合 3. 点云数据的自动合成与三角形化 单层无缝隙的模型 4. 三维模型数据的编辑 平面与曲面洞的填补 ,表面处理 5. 三维模型数据的压缩 大量消减三角网格 ,保持形状不变 6. 格式转换与输出 OBJ,STL,ASCII,VRML,IGES等 7. 利用其他软件三角网格的再处理 不同领域的造型处理 8. 表面颜色处理 利用高精度的数码图片 ,得到最佳模型 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 喷水嘴的数字化模型的扫描与建模 Scanning a part and Modeling

20、it 原物 目的：合理引进国外先进产 品，通过激光扫描仪的扫描 快速建立数字模型，加工生 产模具，批量生产，投入市 场，占领市场。 应用例 1 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 扫描过程 (采用柯尼卡美 能达 vivid910 Scanning By 应用例 1 640个激光点 480 根 扫 描 线 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 数据处理过程 （采用加拿大 Polyworks建模软件 应用例 1 Scan1 Scan2 一般小型物

21、体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 数据处理过程 （采用加 拿大 Polyworks建模软件） 应用例 1 根据三角网格数据造型 合成后的数据 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 搅拌机叶轮的数字化模型的扫描与建模 Scanning a part and Modeling it 原物 目的：合理引进国外先进产 品，通过激光扫描仪的扫描 快速建立数字模型，加工生 产模具，批量生产，投入市 场，占领市场。 应用例 2 一般小型物体的扫描与建模技术应用 S

22、canning a small 3D object and modeling 数据处理过程 （采用加 拿大 Polyworks建模软件） 应用例 2 Scan1 Scan2 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 数据处理结果 （采用加拿大 Polyworks建模软件） 应用例 2 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 文物壁画扫描与处理结果 Heritage Digital 应用例 3 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a s

23、mall 3D object and modeling 汽车的零部件（车门合页）处理结果 A Motal Bill Part Digital 应用例 4 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 汽车的零部件（发动机气道）处理结果 应用例 5 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 汽车的零部件（叶轮）处理结果 应用例 6 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 人的头部五官处

24、理结果 Human Head Digital 应用例 7 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 医学研究用的牙齿处理结果 Midecal Tooth 应用例 8 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 基于中国人三维颅面复原数据库系统的研究 应用例 10 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 三维数据的公安领域的应用 应用例 11 扫描后的彩色三维模型 扫描后的黑白三维模

25、型 旋转后的彩色三维模型 旋转后的黑白三维模型 扫描次数： 6次 扫描时间： 1分钟 建模时间： 5分钟 使用的扫描仪： 日本美能达 vivid910 使用的建模软件 加拿大 Polyworks 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 三维数据的公安领域的应用 应用例 12 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 人的脸部模式识别 应用例 13 扫描次数： 1次 扫描时间： 2秒钟 建模时间： 1分钟 使用的扫描仪： 日本美能达 vivid910

26、使用的建模软件 加拿大 Polyworks 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 整体头部三维数据获取与建模 应用例 14 步骤 -1 ：扫描数据与合成方法 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 整体头部三维数据获取与建模 应用例 14 步骤 -2 ：合成结果 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 耳朵的三维数据获取与建模 应用例 15 步骤 -1 ：扫描数据 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 耳朵的三维数据获取与建模 应用例 15 步骤 -2 ：合成方法 一般小型物体的扫描与建模技术应用 Scanning a small 3D object and modeling 耳朵的三维数据获取与建模 应用例 15 步骤 -3 ：建模结果 Thank You!