單元4增材制造與三維掃描（課后習(xí)題）一、簡答題1.簡述逆向工程掃描中數(shù)據(jù)測量的方法及分類。答：根據(jù)測量探頭是否接觸零件表面，數(shù)據(jù)的采集方法可以分為接觸式數(shù)據(jù)采集和非接觸式數(shù)據(jù)采集兩大類。接觸式可分為基于力—變形原理的觸發(fā)式和連續(xù)掃描式；而非接觸式按其原理不同，又分為光學(xué)式和非光學(xué)式，其中光學(xué)式包括三角形法、結(jié)構(gòu)光法、光干涉法、計算機視覺法等。2.簡述三維掃描中的接觸式測量和非接觸式測量的特點。答：接觸式測量優(yōu)點：（1）精度高，由于該種測量方式已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。（2）被測量物體表面的顏色、外形對測量均無重要影響，且觸發(fā)時死角較小，對光強無要求。（3）可直接測量圓、圓柱、圓錐、圓槽、球等幾何特征，數(shù)據(jù)可輸出到造型軟件后期處理。（4）配合檢測軟件，可直接對一些尺寸和角度及形位公差進行評價。接觸式測量的缺點：（1）測量速度較慢，由于采用逐點測量，對于大型零件時間花費較長。（2）測頭與工件接觸會有摩擦，需要定期校準(zhǔn)測頭。（3）測量時需要有夾具和定位基準(zhǔn)，有些特殊零件需要專門設(shè)計夾具固定。（4）需要對測頭進行補償，由于測量時得到的不是接觸點的坐標(biāo)值而是測頭球心的坐標(biāo)值，因此需要通過軟件進行補償，會有一定的誤差。（5）在測量一些橡膠制品、油泥模型之類的產(chǎn)品時，測力會使被測物體表面發(fā)生變形從而產(chǎn)生誤差，另外對零件本身也有損害。（6）測頭觸發(fā)的延遲及慣性，會給測量帶來誤差。非接觸式掃描的優(yōu)點：（1）無須進行測頭半徑補償。（2）測量速度快，不必逐點測量，測量面積大，數(shù)據(jù)較為完整。（3）可以直接測量材質(zhì)較軟以及不適合直接接觸測量的物體，如橡膠、紙制品、工藝品、文物等。非接觸式測量的缺點：（1）大多數(shù)非接觸式光學(xué)測頭都是靠工件表面對光的反射接收數(shù)據(jù)的，因此對零件表面的反光程度、顏色等有較高要求，工件表面的明暗程度會影響測量的精度。（2）測量精度一般，特別是相對于接觸式測頭測量數(shù)據(jù)而言。（3）對于一些細(xì)節(jié)位置，如邊界、縫隙、曲率變化較大的曲面容易丟失數(shù)據(jù)。（4）陡峭面不易測量，激光無法照射到的地方便無法測量。（5）易受環(huán)境光線及雜散光影響，故噪聲較高，噪聲信號的處理比較困難。3.在物體掃描前需要做哪些前處理？答：（這里主要是指光學(xué)掃描）采用非接觸光學(xué)掃描儀掃描，物體表面明暗程度會影響掃描數(shù)據(jù)的質(zhì)量，另外要獲得物體表面完整的數(shù)據(jù)，需要多方位數(shù)據(jù)掃描。所以掃描前處理主要有表面處理、貼標(biāo)記點或標(biāo)識點。4.如何提高掃描數(shù)據(jù)的精度？答：提高掃描數(shù)據(jù)的精度，可從以下幾個方面考慮：（1）做好掃描前處理，使掃描件符合要求。（2）要對掃描設(shè)備定期進行維護保養(yǎng)，并做好標(biāo)定等準(zhǔn)備工作。（3）在掃描過程中要保持燈光的穩(wěn)定、工作環(huán)境無噪音等。5.各階段數(shù)據(jù)處理的主要流程是什么?答：點階段：注冊——采樣——減少噪音——合并、封裝，進入多邊形階段。多邊形階段：填充孔——平滑——修補——邊界，然后進入精確曲面或參數(shù)化曲面階段。精確曲面階段：（1）自動構(gòu)建：精確曲面——自動曲面化。（2）手動構(gòu)建：精確曲面——輪廓線——曲面片——格柵——擬合。需要注意的是，數(shù)據(jù)處理的流程將視每個模型的具體情況而定。不同情況下的掃描數(shù)據(jù)模型，所采用的操作命令會有所不同，其中的操作流程也許會有交叉、反復(fù)。因此，要在充分明確所構(gòu)建模型的使用要求和目的，以及了解操作命令的前提下，合理地進行每個階段的數(shù)據(jù)處理。6.點階段中減少噪音時，參數(shù)選項中自由曲面、棱柱形各對應(yīng)什么模型？平滑級別如何設(shè)置?答：自由曲面參數(shù)，對應(yīng)的是比較光滑的、無銳邊的模型。棱柱形參數(shù)對應(yīng)的是有銳邊的、對細(xì)小特征有要求的模型。平滑級別的設(shè)置，以保留原模型特征，且能起到減噪的效果為原則。7.多邊形階段填充孔一般有幾種方法?每一種填充方法針對不同類型的孔,如何完成?答：填充孔有全部孔、部分孔、搭橋三種類型，可采用基于曲率、基于切線、平面三種方式，多三種類型的缺失數(shù)據(jù)進行填充。采取基于曲率方式所填充出的數(shù)據(jù)，可保持與周邊數(shù)據(jù)的切線方向和彎曲程度的基本一致，達到最好的平滑效果。如果是填充全部孔的話，只需要用鼠標(biāo)左鍵點擊要填充的區(qū)域即可；若填充部分孔，則需要用左鍵點擊邊線的起始點和終點，然后再點擊要填充的部分；若是搭橋的話，則先在橋的一端，點擊左鍵，且按住左鍵，沿橋邊線移動，到要搭建的橋?qū)捨恢茫砷_鼠標(biāo)左鍵。然后將鼠標(biāo)移動到橋的另一端，在要搭建橋的位置，點擊左鍵，且按住左鍵，沿橋邊線移動，到要搭建的橋?qū)捨恢?，松開鼠標(biāo)左鍵。此時搭橋就完成了。8.松弛操作可以使模型表面平滑,如何控制松弛參數(shù)以獲得效果比較好的多邊形模型?答：松弛多邊形操作的對話框如下，涉及到的參數(shù)有：（1）平滑級別：用于設(shè)置松弛之后多邊形表面的平滑程度,一般不可以調(diào)到最大值,以防止多邊形特征失真。（2）強度：設(shè)置松弛的程度。（3）曲率優(yōu)先:表示在松弛數(shù)據(jù)的過程中將首先考慮曲率的光滑過渡,在高曲率區(qū)域會盡可能保留較多的三角形。（4）固定邊界復(fù)選框：勾選該項,可使模型邊界不會發(fā)生較大的變形。在松弛多邊形的操作時，幾個參數(shù)的組合，以能保持模型原特征，防止多邊形特征失真為前提，使模型平滑。9.STL文件是什么類型模型的文件格式？它有哪些特點？答：STL文件就是對CAD實體模型或曲面模型進行表面三角形網(wǎng)格化，用小三角形面片去逼近自由曲面。它是若干空間小三角形面片的集合，每個三角面片用三角形的三個頂點和指向模型外部的三角面片的法矢量組成。STL文件格式的優(yōu)點主要有：（1)數(shù)據(jù)格式簡單，分層處理方便，與具體的CAD系統(tǒng)無關(guān)。（2)對原CAD模型的近似度高。原則上，只要三角形的數(shù)目足夠多，STL文件就可以滿足任意精度要求。（3)具有三維幾何信息，而且是用面片表示，可直接作為有限元分析的網(wǎng)格。（4)為幾乎所有RP設(shè)備所接受，已成為大家默認(rèn)的RP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。但也有如下的一些缺點:（1)STL模型只是三維模型的近似描述，造成了一定的精度損失。（2)不含CAD拓?fù)潢P(guān)系。將CAD模型轉(zhuǎn)換為STL模型后，丟失了零件材料、特征公差等屬性信息。（3）文件大量的冗余數(shù)據(jù)。因為每個頂點分別屬于不同的三角形，所以同一個頂點在STL文件中重復(fù)存儲多次。另外三角面片的法矢量也是一個不必要的信息，由三個頂點坐標(biāo)就可得到。（4）易產(chǎn)生重疊面、孔洞、法向量和交叉面等錯誤及缺陷。10.添加支撐應(yīng)考慮哪些方面？答：支撐一般分為兩種：一是結(jié)構(gòu)支撐，起到提供支撐的作用；二是底層支撐，即平臺附著支撐，起到輔助打印、增加穩(wěn)定性，防止成型件從工作臺上鏟出時損壞底面，消除工作臺的平面度所引起的誤差以保證成型零件處于水平位置，有利于減小或消除翹曲變形的作用。一般來說，添加支撐需考慮如下因素：(1)支撐的強度和穩(wěn)定性。(2)支撐的加工時間。(3)支撐的可去除性。二、單選題（1）.若掃描模型為無色透明材質(zhì)掃描前必需要（B）。A.打磨B.噴顯像劑C.關(guān)燈掃描D.無需任何操作（2）.在掃描部分模型時特征較多不易貼點，我們可以使用（A）來進行輔助掃描。A.轉(zhuǎn)盤B.相似工件C.云臺D.自拍桿（3）.點云數(shù)據(jù)拼合主要采用兩種方式：輔助標(biāo)志點方式和(A)。A.自動拼合方式B.輪廓拼合C.自由拼合D.端點拼合（4）.粘貼標(biāo)志點時應(yīng)當(dāng)（C）。A.粘貼在同一直線上B.粘貼在特征較多位置C.盡量粘貼在平面D.隨意任何位置粘貼（5）.部分模型在掃描時需要粘貼標(biāo)志點，原因在于（D）。A.更加美觀B.覆蓋模型特征C.容易判斷掃描方向D.方便掃描系統(tǒng)拼合點云（6）.材質(zhì)為硬質(zhì)且形狀較為簡單、容易定位的物體，應(yīng)盡量使用(C)測量方法，成本較低，設(shè)備損耗費相對較少，且可以輸出掃描形式，便于掃描數(shù)據(jù)的進一步處理。A.非接觸式B.靜態(tài)測量C.接觸式掃描D.動態(tài)測量（7）.Win3DD掃描儀是屬于那種掃描方式（C）。A.光學(xué)B.傳感器C.光柵D.電學(xué)（8）.Win3DD掃描儀主要有那兩個重要光學(xué)零件（A）。A.相機和光機B.兩個相機C.光機和線纜D.相機和線纜（9）.對人體頭像或超薄形物體進行掃描時，則需要采用(A)測量方法，它的特點是速度快，工作距離遠(yuǎn)，無材質(zhì)要求，但設(shè)備成本較高。A.非接觸式B.靜態(tài)C.接觸式掃描D.動態(tài)（10）.接觸式測頭又可分為(A)測頭和軟測頭兩種，這種測頭與被測頭物體直接接觸，獲取數(shù)據(jù)信息。A.光學(xué)B.傳感器C.光柵D.電學(xué)（11）.在針對金屬材質(zhì)物體進行掃描時，需進行（C）調(diào)整，避免相機卡死。A.噪音點B.體外孤點C.曝光值D.掃描距離（12）.在使用單目設(shè)備前，需進行設(shè)備校準(zhǔn)（A）mm以內(nèi)可以開始掃描。A.0.05B.0.15C.1D.0.5（13）.掃描完數(shù)據(jù)保存前需將單位改成（A）然后進行保存。A.毫米B.英寸C.厘米D.微米（14）.三維掃描校準(zhǔn)需（D）進行校準(zhǔn)。A.每次使用前B.半天C.一天D.光照條件改變后（15）.掃描物體的點云質(zhì)量由（A）進行約束控制的。A.噪音點B.模型復(fù)雜程度C.模型的材質(zhì)D.模型大?。?6）.拼合掃描時公共點需要最少（A）才可以。A.3個B.4個C.5個D.2個（17）.單目掃描儀掃描工件時（C）材質(zhì)最不適用于掃描。A.塑料B.金屬C.玻璃D.石膏（18）.掃描工件時需調(diào)整掃描距離一般（B）然后將十字對齊合適。A.在掃描工件上方B.在掃描工件中間C.在掃描工件底部D.在轉(zhuǎn)盤表面（19）.掃描工件粘貼標(biāo)志點應(yīng)貼在（C）位置。A.工件邊緣B.模型凹槽C.曲率較小曲面D.細(xì)節(jié)特征較多的曲面(20).刪除雜點可通過（B）進行操作。A.多邊形階段B.刪除非連接項C.填補孔D.網(wǎng)格醫(yī)生三、多選題（1）關(guān)于粘貼標(biāo)志點的方法錯誤的是（ABD）。A.粘貼在同一直線上B.粘貼在特征較多位置C.盡量粘貼在平面D.隨意任何位置粘貼（2）關(guān)于Win3DD掃描儀掃描方式錯誤的是（BCD）。A.光學(xué)B.傳感器C.光柵D.電學(xué)（3）在進行掃描時我們可用調(diào)整（ABC）來使掃描質(zhì)量更優(yōu)A.曝光度B.掃描距離C.掃描角度D.體外孤點（4）掃描工件時要注意（CD）A.公共點最少2個B.掃描距離為100mC.黑色材質(zhì)物體需噴現(xiàn)象劑D.粘貼標(biāo)志點（5）封裝的三角面片數(shù)據(jù)在打印前需要（ABCD）操作。A.填充缺失的孔洞B.刪除凸起釘狀物C.減少噪音優(yōu)化三角面片D.修改單位為mm四、判斷題（1）假如掃描物體為透明玻璃材料時，可以采用噴涂顯像劑來得到更好的點云質(zhì)量。（√）（2）掃描前粘貼標(biāo)志點是為了方便掃描系統(tǒng)拼合點云