逆向工程与快速成型技术应用.doc

《逆向工程与快速成型技术应用》

实验报告

苏州市职业大学机电工程学院

实验名称 三维数据扫描

姓名：黄佳伟

班级：12模具设计与制造3班

日期 ：2014.9.2

小组成员：黄佳伟 蒋程飞 解翔宇 李长江 刘凯 李臻

目录

一．实验目的…………………………………………………………………3
二．实验要求…………………………………………………………………3
三．实验步骤及方法…………………………………………………………3
四．所需的设备、仪器、工具或材料………………………………………3
五．思考题……………………………………………………………………10
六．实验小结…………………………………………………………………10

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一、 实验目的
1. 掌握一种非接触光学测量设备三维扫描的方法
2. 掌握 Geomagic Studio 软件点阶段数据处理的方法，熟悉点阶段数据处
理主要命令的使用。
二、 实验要求
完成实物的三维数据扫描及点阶段的数据处理，得到一个完整的多边形数据模型。
三、 所需的设备、仪器、工具或材料
1. 扫描件（学生自己准备）
2. 柯尼卡美能达 VIVID910 扫描仪
3. Geomagic Studio10.0 逆向设计软件
4. 电脑
四、实验步骤及结果
（一）数据的扫描
Step1 扫描件的准备。
该扫描件反光效果较为合理，则不需要喷
涂上显像剂；为了以后该数据拼
合的方便与准确，应在被扫描
件表面上做上点标记。
Step2 启动 Konica Minolta VIVID 910
三维扫描仪，再启动电脑，
打开 Geomagic Studio。点击工
具栏上的“插件”按钮出现图 1
所示的对话框。
Step3 调整扫描仪与扫描件之
间的距离与视角，保证扫描件
在显像框的中心位置 。
Step4 点击图 1所示对话框中
的 Scan 按钮，开始扫描。等
待数秒后，显像框更新为图 2
所示，根据出现的点的色谱，
分析数据的质量，扫面图以颜
色来表示距离，越红表示扫描
仪与物体距离越近，越蓝则越
远，图2中可以看出小猪存钱
罐的额头距离扫描仪最近，四
周部分距离较远。
图1

图2物体扫描后的显像框
Step5 点击图 1所示对话框的“确定”按钮，完成一个视角的扫描。
Step6 将扫描物选择一个角度，重复步骤（4）（5），直至所有实体都被扫描到。
（二）数据的预处理
物体扫描后的显像框
Step 1 将扫描数据导入 Geomagic Studio 软件，删除每片点云数据体外孤点。如图3，选择一片点云数据，在【选择】—【选择依据】—【区域】的对话框中选择百分比为50，红色为选中的点，点击【应用】——【确定】，系统自动选择点云数据体外孤点，在【点】—【删除】下进行删除。如图4为完成后的数据。用相同的操作对其它的点云数据体外孤点进行删除。

图3删除点云数据体外孤点

图4删除点云数据体外孤点完成图

Step 2 手动注册点云数据。
选中模型管理器中的所有数据模型，然后选择【对齐】—【手动注册】，在模型管理器对话框中，选择“n点注册”。在【模式】下先选择“n点注册”，【定义集合】中的固定模式选择“scan-000a”，浮动模型选择“scan-001”。在固定模型和浮动模型窗口选择相对应的至少3点进行注册如图5，在第三个窗口中将显示出两个数据模型对齐后的效果图。

图5手动注册点云数据

选择好点之后，点击【注册器】进行注册，查看“统计”一栏的平均距离和标准偏差是否符合标准，若符合标准则点击【下一个】进行下一次注册，接下来的注册过程中，固定窗口的选项不变只改变浮动模型的选择，在两个窗口选择相对应的三个公共特征点进行注册。图6为注册完成后的模型，点击确定按钮退出手动注册。

图6手动注册点云数据完成图

Step 3 全局注册点云数据。点击【对齐】—【全局注册】出现图7 注册对话框。点击应用按钮，软件对扫描数据进行重新计算，进一步减小对齐的误差。图8为完成图
图7全局注册图

图8全局注册图完成图
Step 4 合并点云数据。
选择【点】—【合并】，将弹出“合并扫描”对话框，可以将多个点数据合并成为一个以三角形组成的片数据，如图9。图10为合并后的图。

图9合并

图10合并完成图

五、思考题
1. 减少噪音时，参数选项中自由曲面、棱柱形分别对应什么类型的模型？
2. 分析三维数据扫描时产生误差的因素。
3．多视觉数据拼合时，手动注册的方式有哪几种？在使用不同的注册方式时，
应注意哪些问题？

答：1.自由曲面对应以自由曲面为主的模型，棱柱形对应以模型中有锐利边角的模型。
2.产生误差的因素大致分为：仪器误差，与目标物体反射面有关的误差，外界环境条件。仪器误差是仪器本身性能缺陷造成的测量误差，包括激光测距的误差，扫描角度的误差；与目标物体反射面有关的误差主要包括目标反射面倾斜的影响和表面粗糙度的影响；外界环境主要包括温度，光线等因素。
3.手动注册分为：“1点注册”“n点注册”“删除点阵格”三种注册模式。
注意的问题：当使用“1点注册”时，接近的方位很重要，否则注册不能正确工作，尽量选择好的点是获得高精度的关键。当使用“n点注册”时，将在两个模型窗口分别选择相对应的多个公共特征点（3点或3点以上）进行注册。当使用“删除点阵格”时，可以根据点云的实际特征进行灵活选择。

六、实验小结
通过本次实验，我对产品扫描有了一定的认识，对于逆向工程有个更深入的了解和兴趣，了解了一种非接触光学测量设备三维扫描的方法，掌握了 Geomagic Studio 软件点阶段数据处理的方法，熟悉了点阶段数据处理主要命令的使用。对于这门课程有了更浓厚的兴趣。