增材制造工藝與應(yīng)用任務(wù)二認(rèn)識(shí)三維掃描及逆向建模項(xiàng)目二認(rèn)識(shí)增材制造前處理4分組討論3新課講授2任務(wù)描述1教學(xué)目標(biāo)目錄教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：掌握逆向建?；玖鞒碳寄苣繕?biāo)：能正確使用掃描儀進(jìn)行逆向建模素質(zhì)目標(biāo)：使學(xué)生養(yǎng)成安全使用設(shè)備和工具的良好職業(yè)習(xí)慣任務(wù)描述任務(wù)描述內(nèi)容：學(xué)習(xí)并認(rèn)識(shí)三維掃描儀的種類、特性及使用方式，總結(jié)各類掃描儀的特點(diǎn)，能夠針對(duì)實(shí)際情況選擇合適的掃描儀；了解逆向建模的定義及簡(jiǎn)單操作。新課講授1.什么是掃描儀3D掃描儀(3DScanner)是一種科學(xué)儀器，用來偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀數(shù)據(jù)(如顏色、表面反照率等性質(zhì))。收集到的數(shù)據(jù)常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中創(chuàng)建實(shí)際物體的數(shù)字模型。新課講授2.掃描儀的分類3D掃描儀的制作并非依賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，成本與售價(jià)也有高低之分。儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而激光技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。新課講授圖2-1掃描儀的分類新課講授（1）接觸式接觸式測(cè)量又稱為機(jī)械測(cè)量（圖2-2所示），這是目前應(yīng)用最廣的自由曲面三維模型數(shù)字化方法之一。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是接觸式三維測(cè)量?jī)x中的典型代表，它以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。根據(jù)測(cè)量傳感器的運(yùn)動(dòng)方式和觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生方式的不同，一般將接觸式測(cè)量方法分為單點(diǎn)觸發(fā)式和連續(xù)掃描式兩種。新課講授接觸式三維掃描的優(yōu)點(diǎn)：適用性強(qiáng)、精度高(可達(dá)微米級(jí)別)，不受物體光照和顏色的限制，適用于沒有復(fù)雜型腔、外形尺寸較為簡(jiǎn)單的實(shí)體測(cè)量。缺點(diǎn):由于采用接觸式測(cè)量，可能損傷探頭和被測(cè)物表面，故不能對(duì)軟質(zhì)的物體進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)用范圍受到限制；精度受環(huán)境溫度、濕度影響；同時(shí)采集速度受到機(jī)械運(yùn)動(dòng)的限制，測(cè)量速度慢、效率低；無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)量;接觸測(cè)頭的掃描路徑不可能遍布被測(cè)曲面的所有點(diǎn)，它獲取的只是關(guān)鍵特征點(diǎn)，因而，它的測(cè)量結(jié)果往往不能反映整個(gè)零件的形狀，在行業(yè)中的應(yīng)用具有一定的限制。圖2-2三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x新課講授（2）非接觸式現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展使得基于光學(xué)原理、以計(jì)算機(jī)圖像處理為主要手段的三維自由曲面非接觸式測(cè)量技術(shù)得到了快速發(fā)展。各種各樣的新型測(cè)量方法不斷產(chǎn)生，它們具有非接觸、無損傷、高精度、高速度，以及易于在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)施自動(dòng)化測(cè)量等一系列特點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代三維面形測(cè)量的重要途徑及發(fā)展方向（如圖2-3所示）。新課講授3D激光掃描儀的特點(diǎn):①非接觸式測(cè)量，主動(dòng)掃描光源；②數(shù)據(jù)采樣率高；③高分辨率、高精度；④數(shù)字化采集、兼容性好；⑤可與外置數(shù)碼相機(jī)、GPS系統(tǒng)配合使用，極大地?cái)U(kuò)展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍。圖2-3光學(xué)線性手持掃描儀新課講授3.光學(xué)掃描儀的使用流程（1）前處理①檢查物體表面是否反光、太暗或?yàn)橥该鞑馁|(zhì)，物體表面如出現(xiàn)這三種情況中的任意一種，都將影響掃描儀的掃描質(zhì)量，需進(jìn)行顯現(xiàn)劑噴涂處理；②針對(duì)不同的零件，需要進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)的粘貼，用來提高掃描精度及掃描拼接；③針對(duì)特征的復(fù)雜程度，選擇合理的解析度；④根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的環(huán)境光強(qiáng)度，選擇合理的曝光度。新課講授3.光學(xué)掃描儀的使用流程（2）掃描細(xì)節(jié)掃描過程中注意掃描儀到掃描物體之間的掃描距離與掃描儀的移動(dòng)速度，這將直接影響掃描最終結(jié)果的質(zhì)量。在掃描中，需靈活的使用手肘，手腕等關(guān)節(jié)，且使用者目光需時(shí)刻關(guān)注電腦中所顯示的掃描情況。新課講授3.光學(xué)掃描儀的使用流程（3）掃描后處理掃描的后處理主要是對(duì)計(jì)算機(jī)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，需要對(duì)掃描文件中無用的雜點(diǎn)、噪點(diǎn)、掃描缺陷進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)及處理，對(duì)于彩色掃描儀，可直接在掃描軟件內(nèi)完成貼圖工作。最終，將掃描完成的數(shù)據(jù)生成為.STL格式即可打印或進(jìn)行逆向建模。新課講授4.點(diǎn)云處理及逆向建模掃描儀在掃描物體后，所得到的數(shù)據(jù)多為點(diǎn)云（.asc.iges）及三角面片體（.stl.obj），部分掃描儀軟件可對(duì)掃描的文件進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理及封裝，但大部分效果不盡人意，因此需要專業(yè)的對(duì)點(diǎn)云及面片處理的軟件來優(yōu)化掃描點(diǎn)云，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)常用的軟件有：Geomagic、imageware等。新課講授4.點(diǎn)云處理及逆向建模(1)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的一般流程（如圖2-4所示），對(duì)于特征相對(duì)簡(jiǎn)單，經(jīng)過圖2-4所示流程后，基本可以達(dá)到3D打印的要求，如有更高的要求或修改意向，可進(jìn)行更深程度的逆向建?；?qū)呙枘Ｐ瓦M(jìn)行雕刻處理。新課講授圖2-4點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的一般流程新課講授4.點(diǎn)云處理及逆向建模（2）逆向建模逆向建模（ReverseModeling），是基于現(xiàn)實(shí)中存在的人物、物品等進(jìn)行逆向建模的一種方式。逆向建模的技術(shù)發(fā)展日新月異，目前逆向建模技術(shù)逐漸的成熟。逆向建模技術(shù)中包括：點(diǎn)云逆向建模、照片逆向建模、三維掃描逆向建模等技術(shù)。逆向建模是一種不同的建模思路，無論采用哪種逆向建模的技術(shù)，最終都將轉(zhuǎn)化為多邊形或者三角面的數(shù)字模型。生成的模型可用于數(shù)字可視化、影視、游戲及其他科研使用。逆向?yàn)橐环N建模思路，因此對(duì)于軟件的要求并不高，理論上所有正向建模軟件均可進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，以三維掃描逆向建模技術(shù)為例，如圖2-5為逆向常規(guī)流程。圖2-5逆向工程實(shí)施流程4.點(diǎn)云處理及逆向建模（3）STL格式文件STL是一種利用三角面片表達(dá)三維實(shí)體表面模型的文件格式，由美國(guó)3DSystems公司于1988年制定，在工業(yè)界被廣泛應(yīng)用。目前，幾乎所有的增材制造系統(tǒng)和大部分CAE系統(tǒng)都采用STL文件作為數(shù)據(jù)交換格式。大多CAD軟件都可以導(dǎo)出STL文件格式,但不能對(duì)STL文件編輯處理。STL文件從其產(chǎn)生之初就應(yīng)用于增材制造領(lǐng)域中，被作為制件切片、大制件分割