1、光柵式掃描測(cè)量,成思源 楊雪榮,1,教學(xué)要求： 了解光柵式掃描儀的結(jié)構(gòu)、原理 了解光柵式掃描儀主要功能 了解光柵式掃描儀方法,2,手持式激光掃描系統(tǒng)： 手持式激光掃描系統(tǒng)即是采用激光三角測(cè)量原理對(duì)物理模型的表面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 是繼基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)激光掃描系統(tǒng)、柔性測(cè)量關(guān)節(jié)臂的激光掃描系統(tǒng)之后的“第三代”三維激光掃描系統(tǒng)。該掃描儀無需任何關(guān)節(jié)臂的支持，只需通過數(shù)據(jù)線與普通PC或者筆記本電腦相連接，就可以手持該掃描儀任意自由度地對(duì)待測(cè)零件、文物、汽車內(nèi)飾件、鞋模、玩具等進(jìn)行掃描，從而快速、準(zhǔn)確并且無損的獲得物體的整體三維數(shù)據(jù)模型,達(dá)到質(zhì)量檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪與逆向CAD造型、模擬仿真和有限元分析的目的。

2、,3,光柵投影相移法是基于光學(xué)三角原理的相位測(cè)量法，將正弦的周期性光柵圖樣投影到被測(cè)物表面（典型光路圖如圖3.1所示），形成光柵圖像。由于被測(cè)物體高度分布不同，規(guī)則光柵線發(fā)生畸變，其可看作相位受到物面高度的調(diào)制而使光柵發(fā)生變形，通過解調(diào)受到包含物面高度信息的相位變化，最后根據(jù)光學(xué)三角原理確定出相位與物面高度的關(guān)系。,4,光柵式掃描測(cè)量系統(tǒng)組成,測(cè)量頭（Sensor）：是一個(gè)白光投影系統(tǒng)，它包括一個(gè)CCD攝像機(jī)（camera）和一個(gè)光柵投影儀（projector）。 控制臺(tái)（Rack）: 它是這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)另一個(gè)非常重要的部件，包括控制器（comet IV controller）和電腦（comet

3、 IV PC）兩部分?？刂破鳎╟ontroller）控制著系統(tǒng)電源供應(yīng)及相關(guān)通訊。PC即裝有COMET測(cè)量系統(tǒng)專用的軟件comet plus6.50，是用來對(duì)數(shù)據(jù)顯示及處理。,5,它采用單光柵旋轉(zhuǎn)編碼方式進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量過程中光柵進(jìn)行相位移動(dòng)并自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。這彌補(bǔ)了通常測(cè)量方法中光柵直線移動(dòng)時(shí)光柵條紋方向與特征的方向平行或接近時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)殘缺不全的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的邊界、表面細(xì)線條特征的準(zhǔn)確測(cè)量。COMET測(cè)量系統(tǒng)用單攝像頭，消除了同步誤差。在數(shù)據(jù)拼接方面，系統(tǒng)除了提供參考點(diǎn)轉(zhuǎn)換拼接、聯(lián)系點(diǎn)拼接和自由拼接方法外，還提供最終全局優(yōu)化拼接，使各數(shù)據(jù)點(diǎn)云拼接達(dá)到全局最優(yōu)化。,6,COMET系統(tǒng)測(cè)量策略

4、,參考點(diǎn)轉(zhuǎn)換 測(cè)量前，通常在被測(cè)物體表面貼上兩種類型的參考點(diǎn)，一類是經(jīng)過數(shù)字編號(hào)的編號(hào)參考點(diǎn)，另一類是沒有固定編號(hào)的標(biāo)志參考點(diǎn)。,7,COMET系統(tǒng)測(cè)量策略,聯(lián)系點(diǎn)曲面拼接 測(cè)量時(shí)，首先在被測(cè)物體上按照一定規(guī)則的樣式布置標(biāo)志參考點(diǎn)，在測(cè)量過程中它們將通過COMET系統(tǒng)的測(cè)量傳感器決定出具體的位置，這便是聯(lián)系點(diǎn)了。在每次采集的數(shù)據(jù)中必須至少含有三個(gè)參考點(diǎn)，也即在匹配先后采集的數(shù)據(jù)時(shí)，至少需要使用三個(gè)聯(lián)系點(diǎn)。,8,自由拼接 自由匹配指的是使用先后采集的兩份含有重疊區(qū)域數(shù)據(jù)集上所包含的表面結(jié)構(gòu)特征來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集的匹配，所以也被稱為特征點(diǎn)匹配。 該策略下，首先需要在兩數(shù)據(jù)集上互動(dòng)的粗略指定一個(gè)或數(shù)個(gè)位置

5、大致對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，稱為點(diǎn)對(duì)，如圖3.8中所示；隨后，COMET系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)的曲面拼接進(jìn)程，以其中的一個(gè)數(shù)據(jù)集為參考將另一個(gè)數(shù)據(jù)集調(diào)整到準(zhǔn)確的位置。,9,操作流程,1、著色處理。 2、分析將要采用的測(cè)量策略并進(jìn)行相應(yīng)處理。 3、啟動(dòng)軟硬件，調(diào)整測(cè)量角度及距離，設(shè)置各種參數(shù)。 4、開始掃描并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。 5、最終數(shù)據(jù)處理并輸出數(shù)據(jù)。,10,著色處理和配置顏色。 如果掃描的模型是反射效果較為強(qiáng)烈的塑料、金屬等材質(zhì)，CCD無法正確捕捉到反射回來的激光，也就無法正常進(jìn)行掃描。通過噴施著色劑可增強(qiáng)模型表面的漫反射，使CCD正常工作。著色劑的噴施不可以太薄或者不均勻，會(huì)因此影響到最終點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整程度；著色劑的噴施不可以太厚，因?yàn)樘癫粌H會(huì)覆蓋掉一些細(xì)節(jié)特征處，而且會(huì)因此增大零件的外形，影響到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。較好的著色方法是進(jìn)行多次噴施，直到各個(gè)部位都均勻著色為止。如果掃描的模型不是反射效果強(qiáng)烈的材質(zhì)，通過軟件對(duì)顏色的配置可完成對(duì)模型的掃描。,11,光柵投影掃描測(cè)量實(shí)訓(xùn)范例,噴射顯像劑,3D-viewer視圖,12,13,14,圖3.17選對(duì)應(yīng)點(diǎn)后的