單元4增材制造與三維掃描任務一三維光學掃描儀的基礎知識

隨著工業(yè)技術的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，在消費者對產(chǎn)品高質(zhì)量的要求下，產(chǎn)品不僅要具有先進的功能，還要有流暢、造型富有個性的產(chǎn)品外觀，以吸引消費者的注意。流暢美觀、造型富有個性的產(chǎn)品外觀必然使得產(chǎn)品外觀由復雜的自由曲面組成。但是，在設計和制造過程中，傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式（基于產(chǎn)品或構件的功能和外形，由設計師在計算機輔助設計軟件中構造，即正向工程)很難用嚴密、統(tǒng)一的數(shù)學語言來描述這些自由曲面。為適應現(xiàn)代先進制造技術的發(fā)展，需要將實物樣件或手工模型轉(zhuǎn)化為CAD數(shù)據(jù)，以便利用快速成型系統(tǒng)、計算機輔助制造(computeraidedmanufacture,CAM)系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(productdatamanagement,PDM)等先進技術對其進行處理和管理，并進行進一步修改和再設計優(yōu)化。任務一三維光學掃描儀的基礎知識

獲取真實物體的三維模型是計算機視覺、機器人學、計算機圖形學等領域的一個重要研究課題，在計算機圖形應用、計算機輔助設計和數(shù)字化模擬等方面都有廣泛的應用。對于客觀真實世界在計算機中的再現(xiàn)，也稱為三維重建，一直是諸多領域的熱門研究之一。長久以來，由于受到科學技術發(fā)展水平的限制，我們所能得到并能對其進行有效處理及分析的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)，處理及分析設備如照相機、錄像機、圖像采集卡、平面掃描儀等。然而，隨著現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展以及圖形圖像應用領域的擴大，如何能將現(xiàn)實世界的立體信息快速地轉(zhuǎn)換為計算機可以處理的數(shù)據(jù)成為人們的目標。

三維掃描儀就是針對三維信息領域的發(fā)展而研制開發(fā)的計算機信息輸入的前端設備。人們只需對任意實際物體進行掃描，就能在計算機上得到實物的三維立體圖像。它還原度好，精度高，為人們的創(chuàng)意設計、仿型加工提供了廣闊的天地。即使是一個沒有任何經(jīng)驗的用戶，也能通過掃描實體模型，較容易地制作出專業(yè)品質(zhì)的計算機三維圖像與三維動畫。

三維掃描儀，其實還包括三維數(shù)字化轉(zhuǎn)換儀、激光掃描儀、白光掃描儀、工業(yè)CT系統(tǒng)、Rider等不同的名稱。所有設備的共同目的是捕捉實物，然后用點云和面片再現(xiàn)出來。一）三維掃描系統(tǒng)的歷史與發(fā)展

1.三維掃描簡介

三維掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的先進全自動高精度立體掃描技術，主要用于對物體空間外形、結構和色彩進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標。它的重要意義在于能夠?qū)嵨锏牧Ⅲw信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，為實物數(shù)字化提供了方便、快捷的手段，如圖4-1所示。三維掃描技術具有速度快、精度高的優(yōu)點，其測量結果能直接與多種軟件接口，這使得它在CAD、CAM、CIMS等技術日益普及的今天很受歡迎。圖4-1三維掃描

三維掃描儀(3Dscanner)是一種進行三維掃描的科學儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的形狀（幾何構造)與外觀數(shù)據(jù)（如顏色、表面反照率等性質(zhì)）。其收集的數(shù)據(jù)常被用于進行三維重建計算，在虛擬世界中創(chuàng)建實際物體的數(shù)字模型。在發(fā)達國家的制造業(yè)中，三維掃描儀作為一種快速的立體測量設備，因其測量速度快、精度高、非接觸、使用方便等優(yōu)點而得到越來越多的應用。用三維掃描儀對樣品、模型進行掃描，可以得到其立體的尺寸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與CAD/CAM軟件接口，在CAD系統(tǒng)中可以對數(shù)據(jù)進行調(diào)整和修補，再送到加工中心或快速成型設備上制造、可以極大地縮短產(chǎn)品制造周期。2.三維掃描儀的種類

三維掃描儀分為接觸式三維掃描儀(三坐標測量儀)和非接觸式三維掃描儀。其中，非接觸式三維掃描儀又分為光柵三維掃描儀（拍照式三維掃描儀）和激光掃描儀。圖4-2所示為三坐標測量儀，圖4-3所示為三維激光掃描儀。

圖4-2三坐標測量儀

圖4-3三維激光掃描儀3.三維掃描儀的發(fā)展歷程

1884年，德國工程師尼普科夫(PaulGottliebNipkow)利用硒光電池發(fā)明了一種機械掃描裝置，這種裝置在后來的早期電視系統(tǒng)中得到應用，到1939年被淘汰。雖然它與100多年后利用計算機來操作的掃描儀沒有必然聯(lián)系，但從歷史的角度來說，這算是人類歷史上最早使用的掃描技術。

掃描儀是20世紀80年代中期出現(xiàn)的光、機、電一體化產(chǎn)品，它由掃描頭、控制電路和機械部件組成，采取逐行掃描，得到的數(shù)字信號以點陣的形式保存，再使用文件編輯軟件將它編輯成標準格式的文本儲存在磁盤上。從誕生至今，掃描儀的品種多種多樣，并在不斷地發(fā)展。1)點測量

點測量代表系統(tǒng)有三坐標測量儀、點激光測量儀和關節(jié)臂掃描儀。它通過每一次的測量點反映物體表面特征，優(yōu)點是精度高，但掃描速度慢，如果要做逆向工程，只在測量高精密幾何公差要求的物體上有優(yōu)勢。它適用于物體表面幾何公差檢測。2)線測量

線測量代表系統(tǒng)有三維臺式激光掃描儀、三維手持式激光掃描儀和關節(jié)臂+激光掃描頭。通過一段（一般為幾厘米，激光線過長會發(fā)散）有效的激光線照射物體表面，再通過傳感器得到物體表面數(shù)據(jù)信息。它適合掃描中小件物體，掃描景深?。ㄒ话阒挥?cm),精度較高。此類系統(tǒng)發(fā)展比較成熟，其新產(chǎn)品最高精度已經(jīng)達到0.01m。精度比肩點掃描，速度己有極大的提高，在高精度工業(yè)設計領域有廣闊用途。3)面掃描

面掃描代表系統(tǒng)有拍照式三維掃描儀和三維攝影測量系統(tǒng)等。通過一組光柵的位移，再同時經(jīng)過傳感器而采集到物體表面的數(shù)據(jù)信息，如圖4-4所示。圖4-4面掃描4.三維掃描儀的用途

(1)三維掃描儀創(chuàng)建物體幾何表面的點云(pointcloud),這些點可用來插補成物體的表面形狀，越密集的點云，創(chuàng)建的模型越精確（這個過程稱為三維重建）。若掃描儀能取得表面顏色，則可進一步在重建的表面上粘貼材質(zhì)貼圖，也就是材質(zhì)映射（texturemapping)。(2)三維掃描儀可模擬為相機，它們的視線范圍都體現(xiàn)圓錐狀，信息的收集都限定在一定范圍內(nèi)。兩者不同之處在于相機所抓取的是顏色信息，而三維掃描儀測量的是距離。二）三維掃描儀的基本原理及工作流程

下面以三維激光掃描儀為例介紹三維掃描儀的基本原理及工作流程。

1.三維掃描儀的基本原理無論何種類型掃描儀，其構造原理都是相似的。三維激光掃描儀的主要構造是一臺高速精確的激光測距儀，配上一組可以引導激光并以均勻角速度掃描的反射棱鏡。激光測距儀主動發(fā)射激光，同時接收由自然物表面反射的信號，從而測距。針對每一個掃描點可測得測站至掃描點的斜距，再配合掃描的水平和垂直方向角，可以得到每一掃描點與測站的空間相對坐標。如果測站的空間坐標是已知的，那么可以求得每一個掃描點的三維坐標，如圖4-5所示。圖4-5三維掃描儀的基本原理2.三維掃描儀的工作流程

三維激光掃描儀的工作過程大致可以分為計劃制訂、外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三部分。在具體工作展開之前，首先需要制訂詳細的工作計劃，做一些準備工作，主要包括根據(jù)掃描對象的不同和精度的具體要求設計一條合適的掃描路線、確定恰當?shù)牟蓸用芏?、大致確定掃描儀至掃描物體的距離、設站數(shù)、設站位置等。外業(yè)工作主要是采集數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場分析采集到的數(shù)據(jù)是否大致符合要求、進行初步的質(zhì)量分析和控制等。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理是最重要也是工作量最大的一環(huán)，主要包括外業(yè)采集的激光掃描原始數(shù)據(jù)的顯示，數(shù)據(jù)的規(guī)格網(wǎng)格化，數(shù)據(jù)濾波、分類、分割，數(shù)據(jù)的壓縮，圖像處理，模式識別等。三）三維掃描儀應用近年來，三維掃描技術不斷發(fā)展并日漸成熟。三維掃描儀的巨大優(yōu)勢在于可以快速掃描被測物體，無須反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數(shù)據(jù)，這樣就可以高效地對真實世界進行三維建模和虛擬重現(xiàn)。因此，它已經(jīng)成為當前研究的熱點之一，并在文物數(shù)字化保護（圖4-6）、土木工程工業(yè)測量、自然災害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化和城鄉(xiāng)規(guī)劃等領域有廣泛的應用。圖4-6文物數(shù)字化保護(1)測繪工程領域，包括大壩和電站基礎地形測量，公路測繪，鐵路測繪，河道測繪，橋梁、建筑物地基等的測繪，隧道的檢測及變形監(jiān)測，大壩的變形監(jiān)測，隧道地下工程結構測量等。(2)結構測量方面，包括橋梁擴建工程，橋梁結構測量，結構檢測和監(jiān)測，幾何尺寸測量，空間位置沖突測量，空間面積和體積測量，三維高保真建模，海上平臺、造船廠、電廠和化工廠等大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部設備的測量，管道和線路測量，各類機械制造安裝。(3)建筑和古跡測量方面，包括建筑物內(nèi)部及外觀的測量保真、古跡（古建筑、墓葬雕像等)的保護測量（圖4-7）、文物修復、資料保存等古跡保護，遺址測繪，贗品成像，現(xiàn)場虛擬模型，現(xiàn)場保護性影像記錄。

圖4-7三維掃描儀在古跡保護（雕像）測量中的應用1.三維激光掃描儀的應用

三維激光掃描技術是近年來出現(xiàn)的新技術，在國內(nèi)越來越引起研究領域的關注。它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量密集點的三維坐標、反射率和紋理等信息，快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標對象的數(shù)據(jù)點，因此相對于傳統(tǒng)的單點測量，三維激光掃描技術也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術突破。該技術在文物古跡保護、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設計、建筑監(jiān)測、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災害評估、船舶設計、數(shù)字城市、軍事分析等領域也有了很多嘗試、應用和探索。三維激光掃描儀如圖4-10所示。

圖4-10三維激光掃描儀

(4)緊急服務業(yè)，包括反恐怖主義，陸地偵察和攻擊測繪，監(jiān)坦移動偵察，災害估計，交通事故和犯罪現(xiàn)場正射圖，森林火災監(jiān)控?；履嗍黝A警，災害預智和現(xiàn)場監(jiān)測，核泄漏監(jiān)測。

(5)娛樂行業(yè)，包括電影產(chǎn)品的設計、為電影演員和場景進行的設計、3D游戲的開發(fā)（圖4-8）、虛擬博物館（圖4-9）、虛擬旅游指導、人工成像、場景虛擬、現(xiàn)場虛擬。

圖4-83D游戲的開發(fā)圖4-93D博物館漫游2.照相式三維掃描儀的應用照相式三維掃描儀是針對工業(yè)產(chǎn)品涉及領域的新一代掃描儀，與傳統(tǒng)的激光掃描儀和三坐標測量系統(tǒng)比較，其測量速度提高了數(shù)十倍。由于它有效地控制了整合誤差，因此整體測量精度也大大提高。其采用可見光將特定的光柵條紋投射到測量工作表面，借助兩個高分辨率的CCD數(shù)字照相機對光柵干涉條紋進行拍照，利用光學拍照定位技術和光柵測量原理，可在極短時間內(nèi)獲得復雜工作表面的完整點云。其獨特的流動式設計和不同視角點云的自動拼合技術使掃描不需要借助機床的驅(qū)動，掃描范圍可達12m,掃描大型工件變得高效、輕松和容易。其高質(zhì)量的完美掃描點云可用于汽車制造業(yè)中的產(chǎn)品開發(fā)、逆向工程、快速成型和質(zhì)量控制，甚至可實現(xiàn)直接加工。照相式三維掃描儀主要由光柵投影設備和兩個工業(yè)級的CCD數(shù)字照相機構成，由光柵投影在待測物上，并加以粗細變化及位移，配合CCD數(shù)字照相機將所獲取的數(shù)字影像通過計算機運算處理，即可得知待測物的實際3D外形。照相式三維掃描儀采用非接觸白光技術，避免對物體表面的接觸，可以測量各種材料的模型。測量過程中被測物體可以任意翻轉(zhuǎn)和移動，對物件進行多個視角的測量，系統(tǒng)進行全自動拼接，輕松實現(xiàn)物體360°高精度測量。照相式三維掃描儀還能在獲取表面三維數(shù)據(jù)的同時，迅速獲取紋理信息，得到逼真的物體外形，能快速地應用于模具制造行業(yè)的掃描，如圖4-11所示。

圖4-10照相式三維掃描儀

3.接觸式三維掃描儀的應用接觸式三維掃描儀（圖4-12）采用探測頭直接接觸物體表面，通過探測頭反饋回來的光電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，從而實現(xiàn)對物體表面形狀的掃描和測量，主要以三坐標測量儀為代表。接觸式測量具有較高的準確性和可靠性，配合測量軟件，可快速準確地測量出物體的基本幾何形狀，如面、圓、圓柱、圓錐、圓球等。其缺點是：測量費用較高；探頭易磨損；測量速度慢；檢測一些內(nèi)部元件有先天的限制，如欲求得物體真實外形，則需要對探頭半徑進行補償，因此可能導致修正誤差的問題；在測量時，接觸探頭的力將使探頭尖端部分與被測件之間發(fā)生局部變形而影響測量值的實際讀數(shù)；由于探頭觸發(fā)機構的慣性及時間延遲而使探頭產(chǎn)生超越現(xiàn)象，趨近速度會產(chǎn)生動態(tài)誤差。接觸式掃描儀主要用于機械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機器等中小型配件、模具等行業(yè)中的箱體、機架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測量，還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)，對工件的尺寸、形狀和幾何公差進行精密檢測，從而完成零件檢測、外形測量、過程控制等任務。然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測物有遭到探針破壞和損毀的可能，因此不適用于高價值對象（如古文物、遺跡等）的重建作業(yè)。圖4-12接觸式三維掃描儀

任務二增材制造件的數(shù)據(jù)獲取

首先通過測量掃描儀以及各種先進的數(shù)據(jù)處理手段獲得產(chǎn)品實物或者模型的數(shù)字信息，然后充分利用成熟的逆向工程軟件或者正向設計軟件，快速、準確地建立實體三維模型，經(jīng)過工程分析和CAM編程加工出產(chǎn)品模型，最后制成產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品或者模型→再設計（再創(chuàng)新)→產(chǎn)品的開發(fā)流程，即逆向工程技術。逆向工程技術的實施條件包括硬件條件、軟件條件和教學資源三大類。一）三維掃描數(shù)據(jù)獲取的基礎知識

1.三維掃描儀硬件條件(1)Win3DD三維掃描儀的硬件結構逆向工程技術實施的硬件條件包含前期的三維掃描設備和后期的產(chǎn)品制造設備。產(chǎn)品制造設備主要有切削加工設備，以及近幾年發(fā)展迅速的快速成型設備。三維掃描設備為產(chǎn)品三維數(shù)字化信息的獲取提供了硬件條件。不同的測量方式，決定了掃描的精度、速度和經(jīng)濟性，也造成了測量數(shù)據(jù)類型及后續(xù)處理方式的不同。數(shù)字化精度決定三維數(shù)字模型的精度及反求的質(zhì)量；測量速度也在很大程度上影響反求過程的快慢。目前常用的測量方法在數(shù)字化精度和測量速度兩個方面各有優(yōu)缺點，并且有一定的適用范圍，所以在應用時應根據(jù)被測物體的特點及對測量精度的要求選擇對應的測量設備。下面介紹一款常用的結構光三維掃描儀一Win3DD單目三維掃描儀，其結構如圖4-13所示。圖4-13Win3DD單目三維掃描儀的結構組成Win3DD系列產(chǎn)品是北京三維天下科技股份有限公司自主研發(fā)的高精度三維掃描儀，在延續(xù)經(jīng)典雙目系列技術優(yōu)勢的基礎上，對外觀、結構、軟件功能和附件配置進行大幅提升，除具有高精度的特點之外，還具有易學、易用、便攜、安全、可靠等特點。Win3DD單目三維掃描儀硬件系統(tǒng)結構如圖4-13所示，可分為三個部分，下方為支撐掃描頭的三腳架中間為云臺，上方為掃描頭，掃描頭是硬件系統(tǒng)結構組成中的主要部分。(2)Win3DD三維掃描儀掃描頭

圖4-14所示為三維掃描儀掃描頭的幾個部位，為了保障Win3DD單目三維掃描儀的使用壽命及掃描精度，在使用掃描頭時應注意以下事項：1)避免掃描系統(tǒng)發(fā)生碰撞，造成不必要的硬件系統(tǒng)損壞或影響掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量。2)禁止觸碰相機鏡頭和光柵投射器鏡頭。3)掃描頭扶手僅用于云臺對掃描頭做上下、水平、左右調(diào)整時使用。4)嚴禁在搬運掃描頭時使用此扶手。云臺和三腳架如圖4-15所示。Win3DD單目三維掃描儀使用前須仔細閱讀設備操作手冊，了解使用技巧及注意事項。使用技巧：1)調(diào)整云臺旋鈕可使掃描頭進行上下、左右、水平方向旋轉(zhuǎn)。2)調(diào)整三腳架旋鈕可對掃描頭高低程度進行調(diào)整。圖4-14三維掃描儀掃描頭

云臺及三腳架在角度、高低度調(diào)整結束后，一定要將各方向的螺釘鎖緊。否則可能會由于固定不緊造成掃描頭內(nèi)部器件發(fā)生碰撞，導致硬件系統(tǒng)損壞，也可能導致在掃描過程中硬件系統(tǒng)晃動，掃描過程中的晃動會對掃描結果產(chǎn)生影響。圖4-15云臺和三腳架

(3)Win3DD三維掃描儀的特點1)Win3DD單目三維掃描儀在延續(xù)經(jīng)典雙目系列技術優(yōu)勢的基礎上，在軟件功能和附件配置上有了大幅提升，具有精度高、可靠性好的特點，能夠快速、準確地進行單幅掃描。2)Win3DD單目三維掃描儀設有三維預覽功能，可使用戶預先評估測量結果，檢查由于被測表面不平整等因素帶來的掃描區(qū)域深度、死角角度等，大大減少了掃描錯誤。3)先進的自動對焦功能，能夠根據(jù)到被測物的距離、反射率等自動調(diào)整焦距和激光束的強度，多次對焦功能對于有深度的測量物可以得到高精度的數(shù)據(jù)。4)全新的傳感器和測量計算法提供了延伸的動態(tài)范圍，可以測量有光澤的物體（例如金屬)表面。5)外觀設計簡潔輕便，結構設計緊湊、輕便，在工作環(huán)境中具有可移動性。6)Win3DD單目三維掃描儀操作簡單、易學易用，受到逆向工程從業(yè)人員的青睞。2.三維數(shù)據(jù)采集軟件條件

隨著逆向工程及其相關技術理論研究的深入進行，其成果的商業(yè)應用也日益受到重視。在專用的逆向工程軟件問世之前，三維數(shù)字模型的重構都依賴于正向的CAD/CAM軟件，例如UG、Pro/E、CATA、SolidWorks等。由于逆向建模的特點，正向的CAD/CAM軟件不能滿足快速、準確的模型重構需要，伴隨著對逆向工程及其相關技術理論的深人研究及其成果的廣泛應用，大量的商業(yè)化專用逆向工程三維建模系統(tǒng)日益涌現(xiàn)。目前，市場上主流的逆向三維建模功能軟件達數(shù)十種之多，具有代表性的有GeomagicDesignX、Imageware、RapidForm、CopyCAD、中望3D等。常用的CAD/CAM集成系統(tǒng)中也開始集成逆向設計模塊，例如CATA軟件中的DES、QUS模塊，Pro/E軟件中的Pro/SCAN功能，UGNX3.0軟件已將Imageware集成為其專門的逆向設計模塊。這些系統(tǒng)軟件的出現(xiàn)，極大地方便了逆向工程設計人員，為逆向工程的實施提供了軟件支持。下面就專用的逆向造型軟件做概要的介紹。1.GeomagicWrap軟件

GeomagicWrap軟件是美國Geomagic公司出品的逆向工程和三維檢測軟件，其數(shù)據(jù)處理流程為點階段→多邊形階段→曲面階段，可輕易地從掃描所得的點云數(shù)據(jù)創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動轉(zhuǎn)換為NURBS曲面。GeomagicWrap軟件可根據(jù)任何實體（例如零部件)自動生成準確的數(shù)字模型。GeomagicWrap軟件可獲得完美的多邊形和NURBS模型；處理復雜形狀或自由曲面形狀時，速度比傳統(tǒng)CAD軟件提高十倍；自動化特征和簡化的工作流程，可縮短學習時間。GeomagicWrap軟件在數(shù)字化掃描后的數(shù)據(jù)處理方面具有明顯的優(yōu)勢，受到使用者廣泛青睞。本書選用的就是GeomagicWrap即家族系列產(chǎn)品，新版本的GeomagicDesignX軟件進行逆向工程設計。2.Imageware軟件

Imageware軟件由美國EDS公司出品，是著名的逆向工程軟件，正被廣泛應用于汽車、航空、航天、日用家電、模具、計算機零部件等設計與制造領域。Imageware軟件采用NURBS技術，功能強大，處理數(shù)據(jù)的流程按照點一→曲線→曲面原則，流程清晰，并且易于使用。Imageware軟件在計算機輔助曲面檢查、曲面造型及快速樣件成型等方面具有強大的功能。3.DelcamCopyCADPro軟件

Delcam

CopyCADPro軟件是世界知名的專業(yè)逆向/正向混合設計CAD系統(tǒng)，采用全球首個TribridModelling三角形、曲面和實體三合一混合造型技術，集三種造型方式為一體，創(chuàng)造性地引入逆向/正向混合設計理念，成功地解決了傳統(tǒng)逆向工程中不同系統(tǒng)相互切換、煩瑣耗時等問題，為工程人員提供了人性化的創(chuàng)新設計工具，從而使“逆向重構+分析檢驗+外形修飾+創(chuàng)新設計”在同一系統(tǒng)下完成，為各個領域的逆向/正向設計提供了快速、高效的解決方案。5.GeomagicControlX軟件

GeomagieControlX軟件是一款功能全面的檢測欽件，集結多種工具與簡單明確的工作流。質(zhì)檢人員可利用GeomgieControlX軟件實現(xiàn)簡單操作與直觀的全方位的控制，讓質(zhì)量檢測流程擁有可跟蹤、可重復的工作流。其快速、精確、信息豐富的報告和分析功能應用在制造工作流程中能提高生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量。

二）三維掃描儀的標定1.數(shù)據(jù)采集軟件簡介WrapWin3D三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由北京三維天下科技股份有限公司自主研發(fā)的三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在延續(xù)Win3DD三維掃描系統(tǒng)技術優(yōu)勢的基礎上，對算法進行了相關優(yōu)化設計，搭載了Wrap軟件功能，操作更加簡單方便。(1)WrapWin3D界面介紹

單擊Wrap圖標，啟動Wrap三維掃描系統(tǒng)軟件，點擊“采集”→“掃描”按鈕，進入軟件界面，如圖4-16所示。選擇Win3DScanner,單擊“確定”按鈕。

圖4-16Wrap_Win3D軟件界面

圖4-17所示為Wrap即三維掃描系統(tǒng)的軟件界面，包含掃描系統(tǒng)名稱以及菜單欄，即包含掃描時所需的相關功能命令。圖4-17三維掃描系統(tǒng)軟件界面(2)菜單欄功能在相機顯示區(qū)內(nèi)可實時顯示掃描采集區(qū)域，可根據(jù)顯示區(qū)域在掃描前合理調(diào)整掃描角度。具體的介紹如下：1)工程管理：新建工程：在對被掃描工件進行掃描之前，必須首先新建工程，即設定本次掃描的工程名稱、相關數(shù)據(jù)存放的路徑等信息。打開工程：打開一個已經(jīng)存在的工程。2)視圖：標定/掃描：主要用于掃描視圖與標定視圖的相互轉(zhuǎn)換。3)相機操作：參數(shù)設置：對相機的相關參數(shù)進行調(diào)整。4)光機操作：投射十字：控制光柵投射器投射出一個十字叉，用于調(diào)整掃描距離。5)幫助：幫助文檔：顯示幫助文檔。注冊軟件：輸入加密序列碼。3)軟件標定視圖

啟動WrapWin3D掃描系統(tǒng)，首先啟動專用計算機、硬件系統(tǒng)，使掃描系統(tǒng)預熱5~10分鐘，以保證標定狀態(tài)與掃描狀態(tài)盡可能相近。點擊Wrap圖標啟動軟件，點擊“采集”"掃描”按鈕，進入軟件界面，點擊“視圖”→“標定/掃描”切換為標定界面。如圖4-18所示。

圖4-18標定界面標定界面功能命令詳解：1)開始標定：開始執(zhí)行標定操作。2)標定步驟：開始標定操作，即下一步操作。3)重新標定：若標定失敗或零點誤差較大，單擊此按鈕重新進行標定。4)顯示幫助：引導用戶按圖所示放置標定板。5)標定信息顯示區(qū)：顯示標定步驟及進行下一步提示“標定成功或未成功的信息”。6)相機標志點提取顯示區(qū)：顯示相機采集區(qū)域提取成功的標志點圓心位置（用綠色十字叉標識）。7)相機實時顯示區(qū)：對相機采集區(qū)域進行實時顯示，用于調(diào)整標定板位置的觀測。2.掃描儀標定操作過程

標定操作是使用掃描儀掃描數(shù)據(jù)時的前提條件，也是掃描系統(tǒng)精度高低的決定因素。因此，使用掃描儀掃描數(shù)據(jù)之前，需對設備進行標定操作。以下是需要標定操作的幾種情況：

1)掃描儀設備進行遠途運輸。2)對掃描儀硬件系統(tǒng)進行調(diào)整。3)掃描儀硬件系統(tǒng)發(fā)生碰撞或者嚴重振動。4)掃描儀設備長時間不使用。標定操作注意事項如下：1)標定的每一步都要保證標定板上至少88個標志點，如圖4-19所示。2)特征標志點被提取出來才能繼續(xù)下一步標定。3)如果最后計算得到的誤差結果太大，標定精度不符合要求時，則需重新標定，否則會導致得到無效的掃描精度與點云質(zhì)量。圖4-19掃描到的標定板

具體標定操作過程：（1）啟動WrapWin3D掃描系統(tǒng)啟動WrapWin3D掃描系統(tǒng)，首先啟動專用計算機、硬件系統(tǒng)，使掃描系統(tǒng)預熱5-10分鐘，以保證標定狀態(tài)與掃描狀態(tài)盡可能相近。點擊Wrap圖標啟動軟件，點擊“采集”→“掃描”按鈕，進入軟件界面，點擊“視圖”切換為標定界面。（2）調(diào)整掃描距離將標定板放置在視場中央，通過調(diào)整硬件系統(tǒng)的高度以及俯仰角，使兩個十字叉盡可能重合。（此時高度為600mm，為理想的掃描距離），如圖4-20所示。

圖4-20調(diào)整掃描距離

（3）標定步驟

根據(jù)右側顯示幫助，開始標定過程。

步驟一：將標定板水平放置，調(diào)整掃描距離后點擊“標定”，此時完成了第一步。圖4-21所示。

圖4-21標定步驟一步驟二：標定板不動，調(diào)整三腳架，（搖動3圈，升高），升高硬件系統(tǒng)高度40mm滿足要求后單擊“下一步”，完成第二步，如圖4-22所示。圖4-22標定步驟二

步驟三：標定板不動，（搖動6圈，降低），調(diào)整三腳架，使硬件系統(tǒng)高度降低80mm，單擊“下一步”，然后再調(diào)整三腳架，將硬件系統(tǒng)升高40mm，進入下一步，如圖4-23所示。圖4-23標定步驟三步驟四：（搖動3圈，升高），硬件系統(tǒng)高度恢復到600，將標定板旋轉(zhuǎn)90°墊起與相機同側下方一角，角度約為20°，讓標定板正對光柵投射器，完成第四步，如圖4-24所示。圖4-24標定步驟四步驟五：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90°，完成第五步，如圖4-25所示。圖4-25標定步驟五步驟六：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90°，完成第六步，如圖4-26所示。圖4-26標定步驟六步驟七：硬件系統(tǒng)高度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90°，墊起與相機異側一邊，角度約為30°，讓標定板正對相機，完成第七步，如圖4-27所示。圖4-27標定步驟七步驟八：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90°，完成第八步，如圖4-28所示。圖4-28標定步驟八步驟九：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90°，完成第九步，如圖4-29所示。圖4-29標定步驟九步驟十：硬件系統(tǒng)高度不變，墊起角度不變，將標定板沿同一方向旋轉(zhuǎn)90°，完成第十步，如圖4-30所示。圖4-30標定步驟十標定結果：

在上述十步全部完成后，在標定信息顯示區(qū)給出標定的計算結果。

如標定不成功，會提示“標定誤差較大，請重新標定”。

標定成功后如圖4-31和如圖4-32所示。

圖4-31標定結果圖4-32標定計算結果顯示三）零件外形的三維數(shù)據(jù)采集

1.掃描前處理

如果工件的表面顏色過深或者工件的表面透明反光等，將會影響正常的掃描效果，所以我們采用噴涂一層顯像劑的方式進行掃描，從而獲得更加精確的點云數(shù)據(jù)，為之后的CAD實體建模打下基礎。常見的顯像劑如圖4-33所示。圖4-33常見的顯像劑具體操作流程（以DP5-5為例）：1.搖均勻顯像劑2.噴顯像劑時，距離15-20cm左右長按噴嘴勻速劃過工件表面，來回噴涂直至覆蓋整個工件。（噴涂過程盡量不觸碰工件，以免影響噴涂效果。）3.噴涂完成后，顯像劑應均勻覆蓋工件，表面平滑。注意事項：1.推薦白色顯像劑，即時性噴霧劑，掃描后可自動揮發(fā)，對工件表面無著色污染。2.使用期搖均，避免粉末顆粒狀堆積影響掃描精度。3.噴涂距離不宜過近，噴涂盡量均勻，不要噴得太多，或顯像劑噴涂缺漏，帶來表面處理誤差。4.貴重工件最好先試噴一小塊，確認不會對表面造成破壞；5.不可對人體進行噴涂，皮膚一般可直接掃描，若確有需要可以施以適量化妝粉底。(2)三維掃描預處理—粘貼標志點

因要求為掃描整體點云，所以需要粘貼標志點，以進行拼接掃描注意事項：1.標志點盡量粘貼在平面區(qū)域或者曲率較小的曲面，且距離工件邊界較遠一些；2.標志點不要粘貼在一條直線上，且不要粘貼對稱；3.公共標志點至少為3個，但因掃描角度等原因，一般建議5-7個為宜；標志點應使相機在盡可能多的角度可以同時看到；4.粘貼標志點要保證掃描策略的順利實施，根據(jù)工件的長、寬、高合理分布粘貼。如圖4-34所示兩種不同零件標志點的粘貼，這兩個零件的粘貼都較為合理，當然還有其他粘貼方式方法。圖4-34標志點粘貼后的零件(3)制定三維掃描策略觀察相關模型，如果整體結構是一個規(guī)則的標準且對稱模型，為了讓掃描過程更方便、更快捷，我們通常選用輔助工具（轉(zhuǎn)盤）來對其進行拼接掃描。（輔助掃描能夠節(jié)省掃描時間，同時可以減少貼在表面標志點數(shù)量。）步驟一：新建工程，給工程起個名字例如“huasa”，將花灑零件放置轉(zhuǎn)盤上，確定轉(zhuǎn)盤和花灑零件在十字中間，嘗試旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤一周，在軟件最右側實時顯示區(qū)域檢查，以保證能夠掃描到整體；觀察軟件右側實時顯示區(qū)域處花灑零件在該區(qū)域的亮度，通過軟件中設置相機曝光值來調(diào)整亮度；并且檢查掃描儀到被掃描物體的距離，此距離可以依據(jù)軟件右側實時顯示區(qū)域的白色十字與黑色十字重合確定當重合時的距離約為600mm,600mm的高度點云提取質(zhì)量最好。如圖4-35位置所示，所有參數(shù)調(diào)整好即可點擊“開始掃描”，開始第一步掃描。(為了更方便的固定模型，可以使用橡皮泥將模型固定在轉(zhuǎn)盤上)2.三維掃描操作

下面我們以常見的家用花灑為例，來進行零件的三維掃描操作，來獲取相應的三維數(shù)據(jù)文件。

圖4-35掃描步驟一注意：由于需要借助標志，點進行拼合掃描，所以在第一次掃描時先使掃描儀識別到機械零件模型上公共的標志點，以方便后面翻面拼合。若標志，點角度不容易識別到模型上公共的標志點，可以借助墊塊墊起轉(zhuǎn)盤相機一側，使掃描儀更容易識別。

步驟二：轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤一定角度，必須保證與上一步掃描有公共重合部分，這里說的重合是指標志點重合，即上一步和該步能夠同時看到至少三個標志點（該單目設備為三點拼接，但是建議使用四點拼接)如圖4-36所示

圖4-36掃描步驟二步驟三：同步驟二類似，向同一方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度掃描，如圖4-37所示。

步驟四：同步驟三類似，向同一方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度掃描，如圖4-38所示。通過這四步的掃描，可以在Wrp軟件界面查看到對應的點云，操作鼠標查看機械零件模型是否掃描完整，向同一方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤一定角度掃描。經(jīng)過幾次的掃描已經(jīng)基本可以將機械零件模型上表面掃描完整，若未完整則調(diào)整掃描角度繼續(xù)掃描直至得到上表面完整點云。

圖4-37掃描步驟三圖4-38掃描步驟四步驟五：前面四步已經(jīng)把花灑的上表面數(shù)據(jù)掃描完成，下面將花灑從轉(zhuǎn)盤上取下，翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤再粘貼標志點，同時也將花灑進行翻轉(zhuǎn)掃描下表面，通過之前手動粘貼的標志點來完成拼接過程，進行掃描，翻過來后不易放置可以繼續(xù)使用橡皮泥固定模型，如圖4-39所示。圖4-39掃描步驟五步驟六：從第六步到第八步同步驟二類似，目的都是將花灑的表面數(shù)據(jù)掃描完整，從而獲得完整的點云數(shù)據(jù)。此時一定要通過鼠標操作，在Wrp軟件界面查看到對應的點云，并查看該機械零件模型是否掃描完整，如有缺失可繼續(xù)采集缺失的點云，直至得到完整點云，如圖4-40所示。

圖4-40掃描步驟六

將點云數(shù)據(jù)掃描完整后，在模型管理器中選擇要保存的點云數(shù)據(jù)，點擊“點”→“聯(lián)合點對象”

按鈕，將多組數(shù)據(jù)合并為一組數(shù)據(jù)。點擊“右鍵”選擇對話框中的“保存”按鈕，保存在指定的目錄下。（保存的格式為“.asc”)

我們在這里保存的文件名為“huasa.asc”,后續(xù)我們使用GeomagicWrap點云處理軟件進行點云數(shù)據(jù)的處理。注意：1.保存.asc數(shù)據(jù)文件之前，確保單位為毫米。2.掃描步驟的多少根據(jù)掃描經(jīng)驗及掃描時物體擺放角度而定，如果經(jīng)驗豐富或是擺放合適，能夠減少掃描步驟，即減少掃描數(shù)據(jù)的大小。3.在掃描完整的原則上盡量減少不必要的掃描步驟，減少累計誤差的產(chǎn)生。任務三

掃描三維數(shù)據(jù)的處理與優(yōu)化

掃描后的三維點云數(shù)據(jù)，我們需要進行相關的處理與優(yōu)化，才能用于后續(xù)的逆向建模。在零件逆向建模過程中對點云的處理是整個逆向建模過程的第一步，點云數(shù)據(jù)的處理結果會直接影響后續(xù)建模的質(zhì)量。在數(shù)據(jù)采集中，由于隨機（環(huán)境因素等）或人為（工作人員經(jīng)驗等）原因，會引起數(shù)據(jù)的誤差，使點云數(shù)據(jù)包含雜點，造成被測零件模型重構曲面不理想，從光順性和精度等方面影響建模質(zhì)量，因此需要在三維模型重建前進行雜點消除。為了提高掃描精度，掃描的點云數(shù)據(jù)可能會很大，且其中會包括大量的冗余數(shù)據(jù)，應對數(shù)據(jù)進行采樣精簡處理。為了得到表面光順的模型，應對點云進行平滑處理。由于模型比較復雜且數(shù)據(jù)量大，一次掃描不能全部掃到，就需要從多角度進行掃描，再對數(shù)據(jù)進行拼接結合處理以得到完整的點云模型數(shù)據(jù)。

云進行平滑處理。由于模型比較復雜且數(shù)據(jù)量大，一次掃描不能全部掃到，就需要從多角度進行掃描，再對數(shù)據(jù)進行拼接結合處理以得到完整的點云模型數(shù)據(jù)。

STL（Stereolithography)文件格式是三維圖形文件格式，即用三角形面片來表示三維實體模型，已經(jīng)成為CAD/CAM系統(tǒng)接口文件格式的工業(yè)標準，目前常用于各種增材制造和部分CAM系統(tǒng)，也是零件逆向設計的數(shù)據(jù)模型。通過對其劣質(zhì)面片的處理，去除孤立、交錯或者法向相反的面片以保證面片的質(zhì)量。通過補洞、平滑、縮減數(shù)量等操作在縮小面片文件數(shù)據(jù)量的同時提高面片質(zhì)量，便于后期逆向建模工作。具體的處理過程我們一般由點云處理、多邊形面片處理和數(shù)據(jù)保存三個階段組成。一）點云處理

點云處理是去掉掃描過程中產(chǎn)生的雜點、噪音點然后將點云文件三角面片化（封裝）的過程。

1.軟件界面

具體的Wrap軟件界面及基本操作介紹如圖4-41所示。

圖4-41Wrap軟件界面及基本操作

2.點云處理階段主要操作命令著色點：為了更加清晰、方便的觀察點云的形狀，將點云進行著色。選擇非連接項：指同一物體上具有一定數(shù)量的點形成點群，并且彼此間分離。選擇體外弧點：選擇與其它絕大數(shù)的點云具有一定距離的點。（敏感度：低數(shù)值選擇遠距離點，高數(shù)值選擇的范圍接近真實數(shù)據(jù)。減少噪音：掃描數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)差和隨機誤差，其中有一些掃描點的誤差比較大，超出我們允許的范圍，這就是噪聲點封裝：對點云進行三角面片化。3.點云處理步驟步驟一：打開掃描保存的“huasa.asc”文件。啟動GeomagicWrap軟件，選擇菜單【文件】【打開】命令或單擊工具欄上的“打開”圖標，系統(tǒng)彈出“打開文件”對話框，查找數(shù)據(jù)文件并選中“huasa.asc”文件，然后點擊【打開】按鈕，在工作區(qū)顯示載體如圖4-42所示。圖4-42點云處理步驟一步驟二：將點云著色。為了更加清晰、方便的觀察點云的形狀，我們一般需要將原始黑色的點云進行著色。選擇菜單欄“點”→“著色點”

，著色后的視圖如圖4-43所示。圖4-43點云處理步驟二步驟三：設置旋轉(zhuǎn)中心為了更加方便的觀察點云的放大、縮小或旋轉(zhuǎn)，將其設置旋轉(zhuǎn)中心。在操作區(qū)域點擊鼠標右鍵，選擇“設置旋轉(zhuǎn)中心”，在點云適合位置點擊。選擇工具欄中“套索選擇工具”

，勾畫出模型的外輪廓，點云數(shù)據(jù)呈現(xiàn)紅色，點擊鼠

標右鍵選擇“反轉(zhuǎn)選區(qū)”，選擇菜單“點”→“刪除”或按下Delete鍵。如圖4-44所示。圖4-44點云處理步驟三

步驟四：選擇非連接項

選擇菜單欄“點”→“選擇”→“非連接項”

，在管理器面板中彈出“選擇非連接項”對話框。在“分隔”的下拉列表中選擇“低”分隔方式，這樣系統(tǒng)會選擇在拐角處離主點云很近但不屬于它們一部分的點。“尺寸”按默認值5.0，點擊上方的“確定”按鈕。點云中的非連接項被選中，并呈現(xiàn)紅色，如圖4-45所示。選擇菜單“點”→“刪除”或按下Delete鍵。圖4-45點云處理步驟四-步驟五：去除體外孤點選擇菜單“點”→“選擇”→“體外孤點”,在管理面板中彈出“選擇體外孤點”對話框，設置“敏感度”的值為100，也可以通過單擊右側的兩個三角號增加或減少“敏感性”的值，單擊按鈕。此時體外孤點被選中，呈現(xiàn)紅色，如圖4-46所示。選擇菜單“點”→“刪除”或按Delete鍵來刪除選中的點。（此命令操作2—3次為宜）圖4-46點云處理步驟五

步驟六：刪除非連接點云選擇工具欄中“套索選擇工具”

，配合工具欄中的按鈕一起使用，手動將非連接點云刪除，如圖4-47所示。

步驟七：減少噪音選擇菜單“點”→“減少噪音”

，在管理器模塊中彈出“減少噪音”對話框。選擇“自由曲面形狀”，“平滑度水平”滑標到無，“迭代”為5，“偏差限制”為0.05mm。

圖4-47點云處理步驟六圖4-48點云處理步驟七

步驟八：封裝數(shù)據(jù)選擇菜單“點”→“封裝”

，系統(tǒng)會彈如圖4-49所示“封裝”對話框，該命令將圍繞點云進行封裝計算，使點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形模型。

采樣：對點云進行采樣。通過設置“點間距”來進行采樣。目標三角形的數(shù)量可以進行人為設定，目標三角形數(shù)量設置的越大，封裝之后的多邊形網(wǎng)格則越緊密。最下方的滑桿可以調(diào)節(jié)采樣質(zhì)量的高低，可根據(jù)點云數(shù)據(jù)的實際特性，進行適當?shù)脑O置。

圖4-49點云處理步驟八二）多邊形面片處理1.面片處理階段主要操作命令：刪除釘狀物：“平滑級別”處在中間位置，使點云表面趨于光滑?！捌交墑e”處在中間位置，使點云表面趨于光滑。填充孔：修補因為點云缺失而造成漏洞，可根據(jù)曲率趨勢補好漏洞。去除特征：先選擇有特征的位置，應用該命令可以去除特征，并將該區(qū)域與其它部位形成光滑的連續(xù)狀態(tài)。減少噪音：將點移至正確的統(tǒng)計位置以彌補噪音（如掃描儀誤差）。噪音會使銳邊變鈍或使平滑曲線變粗糙。網(wǎng)格醫(yī)生：集成了刪除釘狀物，補洞、去除特征、開流形等功能，對于簡單數(shù)據(jù)能夠快速處理完成。2.多邊形面片處理步驟

步驟一：刪除釘狀物選擇菜單欄“多邊形”→“刪除釘狀物”按鈕

，在模型管理器中彈出如圖所示的“刪除釘狀物”對話框?！捌交墑e”處在中間位置，點擊應用，如圖4-50所示。步驟二：全部填充

選擇菜單欄“多邊形”→“全部填充”按鈕，在模型管理器中彈出如圖4-51a所示的“全部填充”對話框，可以根據(jù)孔的類型搭配選擇不同的方法進行填充，圖4-51b為三種不同的選擇方法。圖4-50多邊形面片處理步驟一圖4-51多邊形面片處理步驟二

步驟三:去除特征該命令用于刪除模型中不規(guī)則的三角形區(qū)域，并且插入一個更有秩序且與周邊三角形連接更好的多邊形網(wǎng)格。但必須先用手動的選擇方式選擇需要去除特征的區(qū)域，然后執(zhí)行“多邊形”→“去除特征”按鈕。如圖4-52所示步驟四：減少噪音該命令用于將點移至正確的位置彌補噪音，彌補時會使銳角變鈍看上去更為平滑。點擊“減少噪音”，迭代5，偏差限制在0.05mm以內(nèi)。如圖4-53所示。圖4-52多邊形面片處理步驟三圖4-53多邊形面片處理步驟四

步驟五：網(wǎng)格醫(yī)生該命令可以自動修復多邊形網(wǎng)格內(nèi)的缺陷，使面片效果更佳。如圖4-54所示。

圖4-54多邊形面片處理步驟五三）數(shù)據(jù)保存

點擊Wrap軟件左上角軟件圖標“文件”按鈕，文件另存為“零件名稱.stl”文件，用于后續(xù)逆向建模或模型切片需要。保存后的文件如圖4-55所示。圖4-55STL數(shù)據(jù)保存文件任務四

三維掃描在增材制造中的應用

如今，高精度三維掃描與增材制造技術的應用融合在不斷加速，其在工業(yè)制造中發(fā)揮著重要作用。高精度三維掃描可以快速進行3D打印件的尺寸合格性驗證等，助力增材制造實現(xiàn)良好的終端應用，高效實現(xiàn)一些定制化零件制作和小批量生產(chǎn)。我們就來介紹相關高精度三維掃描與增材制造相結合，在工業(yè)化應用中發(fā)揮的價值。一）高精度三維掃描&選擇性激光熔化技術

選擇性激光熔化是采用激光有選擇地分層掃描固體粉末，并使熔化、凝固成形的固化層，層層疊加，生成所需形狀的零件，目前作為增材制造技術中被廣泛使用。由于其成型不受零件形狀影響，所以多用于制作一些異形結構的零件。但是傳統(tǒng)的一些檢具和三坐標檢測技術，受零件的形狀影響較大，不利于測量形狀復雜的零件，而高精度三維掃描通過非接觸式的三維測量方式，則不受零件形狀影響，可以快速檢測選擇性激光熔化技術制作的零件。

另外，增材制造技術中的激光熔覆技術是用激光涂覆的方法將材料進行逐層堆積，最終形成具有一定外形的三維實體零件。其主要是用于進行零件的修復以及一些復雜零件的直接制造。高精度三維掃描在激光熔覆技術中中，主要進行以下兩方面的應用：1）為修復提供數(shù)據(jù)支持，通過高精度三維掃描儀獲取缺損特征的三維數(shù)據(jù)，進行逆向設計，規(guī)劃修復方案、修復路徑及工藝參數(shù)；2）進行全尺寸檢測，激光熔覆后，通過非接觸式三維掃描快速得到合格性檢測結果。

比如某—工件修復因長期使用，工件受到了磨損，我們通過三維掃描儀掃描完整的三維數(shù)據(jù)，與設計數(shù)據(jù)相擬合，得到缺損部分的完整數(shù)據(jù)，為后續(xù)激光熔覆修復的路徑規(guī)劃提供準確的數(shù)據(jù)支撐。具體的流程如圖4-56所示。圖4-56數(shù)據(jù)掃描與修復具體的工件缺損部分的三維數(shù)據(jù)處理與修復制造如圖4-57和圖4-58所示。圖4-57工件缺陷修復前圖4-58工件缺陷修復后

我們根據(jù)掃描后采用激光熔覆技術對缺陷零件進行增材制造，三維掃描檢測工程師利用激光熔覆技術對于葉片進行修復，修復后，使用相關三維掃描儀進行三維掃描，再將三維掃描數(shù)據(jù)導入GeomagicControlX檢測軟件，以獲取檢測結果。如圖4-59和圖4-60所示。圖4-60葉片零件的三維數(shù)據(jù)檢測二）高精度三維掃描&砂型3D打印

在一些鑄造生產(chǎn)中，會通過3D打印來提高砂型模具的制作效率。但是，3D打印之后，如何進行模具的檢測成了一道難題。高精度三維掃描可以輕松解決這一難題，通常一個50cm長的砂型模具，經(jīng)過高精度三維掃描，然后進行數(shù)據(jù)比對，約5分鐘即可得到檢測結果。

應用案例