三維掃描技術(shù)應(yīng)用ppt課件.ppt

1、三維掃描技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用交流,1,交流內(nèi)容： 三維激光掃描儀的建模技術(shù)與應(yīng)用 激光三維掃描儀 結(jié)構(gòu)光三維掃描儀 部分應(yīng)用案例,2,快速成型流程圖,三維掃描采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理（自由建模）,快速成型系統(tǒng)制作原型件,驗(yàn)證，真空澆注小批量生產(chǎn),逆向工程模塊,3,逆向工程模塊會(huì)用到的設(shè)備及軟件,數(shù)據(jù)采集設(shè)備：三維掃描儀、測量臂、三坐標(biāo)等 數(shù)據(jù)處理軟件：逆向工程軟件、逆向檢測軟件等 數(shù)據(jù)二次設(shè)計(jì)系統(tǒng)：Freeform自由建模系統(tǒng)、UG、Pro/E等,4,數(shù)據(jù)采集設(shè)備暨三維掃描技術(shù)的一般說明,所謂三維 三維技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 三維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式 三維數(shù)據(jù)的獲取方法 各方法的特點(diǎn)比較,5,數(shù)據(jù)采集設(shè)備暨三維掃描

2、技術(shù)的一般說明,所謂三維 我們生活的空間是三維世界 在幾何上，我們用XYZ值來表示三維空間的一個(gè)點(diǎn) 我們用兩個(gè)點(diǎn)表示一條直線 我們用三個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)平面 -點(diǎn)線面構(gòu)成了地球上的所有基本形狀,所以，三維數(shù)據(jù) 采集設(shè)備利用的就是這種最基本的道理，利用三角測量法來獲得空間點(diǎn)的坐標(biāo)位置。,6,數(shù)據(jù)采集設(shè)備暨三維掃描技術(shù)的一般說明,三維技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,工業(yè)建模與測量 Industry Modeling and Mersuring 2. 工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測與監(jiān)測 Qulity Inspection 3. 虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真模擬 VR and Simulation 4. 數(shù)字化工程 Digital Projec

3、t 例：數(shù)字北京/奧運(yùn)/博物館/ 校園，標(biāo)本制作，文物保護(hù) 5. 醫(yī)療美容整形 6. 建筑設(shè)計(jì)與環(huán)境設(shè)計(jì) 7. 土木工程 8. 公安與軍事,7,三維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式 1. 黑白點(diǎn) Points without color 2. 彩色點(diǎn) Points with color 3. 黑白小三角平面 Flat without color 4. 彩色小三角平面 Flat with color 5. 黑白渲染 Smooth without color 6. 彩色渲染 Smooth with color 7. 黑白線段 Wireline without color 8. 彩色線段 Wireline with

4、color,數(shù)據(jù)采集設(shè)備暨三維掃描技術(shù)的一般說明,8,一般性的應(yīng)用流程 例子：生物工程制造領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用方法 1. 掃描某個(gè)物體(骨頭),或某個(gè)部位(耳朵) 2. 快速建立該三維模型(拼接,合成等) 3. 轉(zhuǎn)換成STL格式或其他格式 4. 利用快速成型設(shè)備制造 5. 提供研究人員使用 6. 將三維數(shù)據(jù)顯示在三維屏幕上 虛擬手術(shù)方案 例如: 日本的癌癥中心,9,數(shù)據(jù)采集設(shè)備介紹,激光三維掃描儀部分,1.日本柯尼卡美能達(dá)系列三維激光掃描儀 2.加拿大CREAFORM手持式三維激光掃描儀 3.加拿大NDI手持式三維激光掃描儀,10,何謂 非接觸式三維掃描儀？,1 .照到被測體的 測定光,2.由另一個(gè)視

5、點(diǎn)的鏡頭接受反射光,3.迅速傳輸?shù)礁呙芏热S空間坐標(biāo)值,通俗的說：非接觸式三維掃描儀相對于傳統(tǒng)的三坐標(biāo)等測量設(shè)備而言的， 它通過光學(xué)上的反射，利用科學(xué)的計(jì)算方法獲取物體表面的空間坐標(biāo)值。,11,Konica Minolta三維掃描儀總覽,Vivid9i,Vivid910,Range 7 Range 5,三維掃描儀 逆向工程的首選系統(tǒng),12,柯尼卡美能達(dá) 三維掃描儀 RANGE7 / RANGE5,13,柯尼卡美能達(dá) 三維掃描儀 -解讀,1.適合掃描復(fù)雜曲面 2.可以無需噴涂就能掃描黑色物體及表面反光物體 3.無需貼點(diǎn) 4.掃描速度快，校準(zhǔn)簡便 5.掃描范圍大，配合照相系統(tǒng)可以掃描整車 6.CO

6、MS鏡頭，可以處理大容量數(shù)據(jù)。 7.點(diǎn)云數(shù)據(jù)，24位真彩色。 8.適用于逆向及檢測，工業(yè)方面應(yīng)用較多。,14,人體計(jì)測,文物/醫(yī)療/工業(yè),（）VIVID700 簡単高速,（）VIVID300,（）VIVID900,（）VIVID910 精度提高,柯尼卡美能達(dá)三維掃描儀發(fā)展史,完美適合工業(yè)應(yīng)用,（）VIVID i 精度提高 可靠性提高,3D-CAD的普及和需求的増大,（9）7,精度更上一城樓 更高可靠性 快速、輕便,NEW,15,激光,被測定物,CMOS感光器,131萬畫素（12801024）,利用激光掃描,CMOS感光器 接受物體的放射光,三角測量原理,可在普通的照明環(huán)境下測量，無需在暗室操作

7、,激光切斷法,柯尼卡美能達(dá)三維掃描儀測量原理,16,自由曲面多 測量部位多,適合于非接觸式的測量物,鑄造件,鍛造件,板金件,金屬板,工具関係等,樹脂成型件,葉輪,測量此類工件 非接觸三維掃描儀大有用武之地！ 柯尼卡美能達(dá)三維掃描儀客戶遍及各行各業(yè)。,17,RANGE7測量演示,掃描數(shù)據(jù)的拼接 旋轉(zhuǎn)臺(tái)（選配件）進(jìn)行拼接 根據(jù)對應(yīng)點(diǎn)的指定拼接 利用標(biāo)識點(diǎn)進(jìn)行拼接,18,主測定,不止表面、結(jié)構(gòu)面的骨架和孔洞根部也可測量！,準(zhǔn)確再現(xiàn) 復(fù)雜結(jié)構(gòu),19,精度檢測上使用的球規(guī),在柯尼卡美能達(dá)，采用德國的VDI/VDE2634Part2標(biāo)準(zhǔn)球規(guī)的方法，測量各球間距離。測量在特定空間內(nèi)的10個(gè)位置的球規(guī)作為出廠

8、標(biāo)準(zhǔn)。,通過非接觸式三維掃描儀 得到三維CAD數(shù)據(jù),1、掃描整個(gè)樣件（或需要測量的局部） 從不同角度進(jìn)行測量，軟件自動(dòng)拼合 得到可編輯的點(diǎn)云數(shù)據(jù) 參數(shù)化設(shè)計(jì),應(yīng)用1,逆向設(shè)計(jì),21,詳解：非接觸式方法 實(shí)現(xiàn)逆向設(shè)計(jì),2.、對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，然后進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì) NURBS曲面：自動(dòng)鋪面功能 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的參數(shù)化設(shè)計(jì),應(yīng)用1,我們的系統(tǒng)包含了對PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS的軟件接口，連同設(shè)計(jì)歷史一起導(dǎo)入,22,輔助案例：汽車反光鏡逆向設(shè)計(jì),1. 制造模型,3.生成面片數(shù)據(jù),4. 為三維CAD/CAM生成曲面數(shù)據(jù),2. 由RANGE7 掃描,6. 導(dǎo)出到 CAD/CAM,

9、5. 曲面質(zhì)量檢測 （曲面連續(xù)性）,主管Fukuda先生說使用之后將典型的工作流程從4星期縮短為2星期！,應(yīng)用,23,從三維掃描儀輸出STL格式 輸入快速成型機(jī) 調(diào)整數(shù)據(jù)大小 輸出打印樣品 樣品的查看 小批量生產(chǎn),應(yīng)用2,通過非接觸式三維掃描儀 得到三維掃描數(shù)據(jù),無需特殊處理，STL文件可直接打印！,24,另外應(yīng)用,檢測/測量：得到三維數(shù)據(jù)后，在軟件中選取所關(guān)注的尺寸（角度、長度、形位公差等），軟件自動(dòng)測量； 與CAD模型進(jìn)行對比，根據(jù)零件裝配的需要，軟件提供多種對齊方式，用彩虹圖的方式直觀的表現(xiàn)出輪廓誤差； 3D GD&T,25,加拿大Creaform手持式三維激光掃描儀,26,工作原理:自

10、定位測量,在需要掃描物體表面的任意位置貼上標(biāo)志點(diǎn),高速的CCD照相系統(tǒng)辨認(rèn)所有點(diǎn)組成的三角面,并且在屏面上可以實(shí)時(shí)的看到這些不斷被掃描出來的面,同時(shí)捕捉到4個(gè)標(biāo)記點(diǎn),27,產(chǎn)品線：,28,系統(tǒng)特點(diǎn)： 1.手持式，便攜 2.自動(dòng)拼接 3.直接輸出STL格式，不是原始點(diǎn)云 4.精度一般，價(jià)位較低 5.多應(yīng)用于文物及教育行業(yè) 6.適合掃描大型件 7.需要貼點(diǎn),29,ZSCANNER手持式三維激光掃描儀,ZCORPORATION公司貼牌 Creaform公司產(chǎn)品 ZCORP做三維打印機(jī),30,加拿大NDI手持式三維激光掃描儀,Vicrascan,31,系統(tǒng)特點(diǎn),1.掃描原理和HandyScan一樣，需

11、要捕捉標(biāo)記點(diǎn) 2.導(dǎo)出的是點(diǎn)云數(shù)據(jù) 3.激光線掃描（非十字交叉線） 4.無需噴涂，可以掃描黑色物體 5.價(jià)位低，便攜 6.精度一般，屬中低端產(chǎn)品 7.目前產(chǎn)品線單一。,32,三種系統(tǒng)概況,柯尼卡美能達(dá)： 中高端產(chǎn)品，價(jià)位較高，其中VIVID系列偏低。 廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域及教育行業(yè)等。性能穩(wěn)定，便攜，數(shù)據(jù)噪音小。 無需貼點(diǎn)，個(gè)別物體無需噴涂。保證精度4u. 線掃描，CMOS鏡頭，可以處理大容量數(shù)據(jù)。 可以獲得彩色數(shù)據(jù)，導(dǎo)出數(shù)據(jù)是點(diǎn)云。 適合掃描中型件，RANGE系列適合掃描小型精密件。對于深孔或槽及薄壁件有優(yōu)勢。 Creaform Handyscan 中低端產(chǎn)品，價(jià)位偏低，部分產(chǎn)品價(jià)位偏高。 廣泛

12、用于文物及教育行業(yè)，便攜，穩(wěn)定性一般，數(shù)據(jù)噪音偏高。 需要貼點(diǎn)，需要噴涂。保證精度4-5u。 十字交叉線掃描，以標(biāo)記點(diǎn)定位。CCD鏡頭，處理大容量數(shù)據(jù)一般。 導(dǎo)出數(shù)據(jù)格式不是點(diǎn)云，是三角網(wǎng)格化的STL格式，數(shù)據(jù)經(jīng)過自帶軟件光順處理。 便攜，小巧，適合掃描中大型件，對精密件掃描不是長項(xiàng)。 產(chǎn)品線齊全。 NDI VicraScan 中低端產(chǎn)品，價(jià)位偏低，產(chǎn)品單一。 需貼點(diǎn)噴涂，部分黑色物體不需要噴涂。便攜，單線掃描。 導(dǎo)出數(shù)據(jù)是點(diǎn)云，適合掃描中大型件，精度一般4-5u. 應(yīng)用于文物考古教育行業(yè)。 未來是Handyscan的強(qiáng)力競爭對手。,33,數(shù)據(jù)采集設(shè)備介紹,以SOLUTIONIX三維掃描儀為說

13、明 特點(diǎn)： 具有代表性 和ATOS競爭 中高端設(shè)備 設(shè)備獨(dú)特,結(jié)構(gòu)光三維掃描儀,34,1.SOLUTIONIX REXCANIII系列三維掃描儀,照相機(jī) 1,照相機(jī) 2,白光發(fā)射儀,照相機(jī) 1,照相機(jī) 2,白光發(fā)射儀,利用白光技術(shù)發(fā)射多組條紋到待掃描物體上 利用照相機(jī)拍攝到的數(shù)據(jù)計(jì)算物體表面的坐標(biāo)信息 (區(qū)域掃描),35,2.Rexcan III 逆向工程中更好的解決方案,與ARX全面兼容、全/半自動(dòng)掃描過程 20種不同的掃描區(qū)域設(shè)置,更多的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，更高的精確度 雙相機(jī) (最高可達(dá)500萬像素) 更強(qiáng)的縱向掃描能力（掃描深度）,令整個(gè)掃描過程更快、更簡單,REXCANIII系列,36,英國硬

14、幣 10分,3.Rexcan III 高品質(zhì),解析度: 雙相機(jī)，高解析度(最高可達(dá)500萬像素) 更精銳的三維數(shù)據(jù),37,三角測量角度: 10 可測量凹陷直徑: 10mm 該凹陷直徑的掃描深度: 15.2mm,三角測量角度為25時(shí),三角測量角度為10 時(shí),V.S.,掃描深度,3-1.Rexcan III 高品質(zhì),深度/直徑比率 1.5,更小的三角測量角度令縱向掃描距離(掃描深度)更長,Rexcan III 10的三角測量角度,10 ,38,4.REXCANIII數(shù)據(jù)樣本更細(xì)節(jié)更干凈,39,5.REXCANIII更快更簡單的掃描過程,放置參照目標(biāo)點(diǎn),多角度掃描 (移動(dòng)物體或掃描儀),基于目標(biāo)點(diǎn)的

15、自動(dòng)數(shù)據(jù)聯(lián)合 （多次掃描結(jié)果）,數(shù)據(jù)整合,STL格式數(shù)據(jù)輸出(逆向設(shè)計(jì)或檢查用),or,40,6.REXCANIII高適用性,掃描區(qū)域 支持20種不同的掃描空間范圍,Unit: mm,41,REXCAN III系統(tǒng)解讀,1.高分辨率 2.高精度，高精確度 (達(dá)0.01個(gè)毫米) 3.較少的盲點(diǎn)（10掃描位置） 4.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力 5.Rexcan III-靈活掃描特點(diǎn)： a. 多個(gè)鏡頭掃描軌道 b. 多個(gè)掃描范圍 c. 靈活的升級模式(全球唯一),6.Rexcan III簡便快捷特點(diǎn)： a.遙控操作 b.掃描范圍的變更 c.快捷的校準(zhǔn)系統(tǒng) d.批數(shù)據(jù)處理 e.更輕便更強(qiáng)大 7.Rexcan

16、III其他特點(diǎn)補(bǔ)充說明： a.全尺寸測量 b.精度高,速度極快. c.標(biāo)志點(diǎn)全自動(dòng)拼接 d.便攜式設(shè)計(jì),對環(huán)境條件不敏感,精度高，速度快，高端設(shè)備，結(jié)構(gòu)光掃描，廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域，掃描精密小型件是強(qiáng)項(xiàng),42,三維激光掃描儀的建模技術(shù)與應(yīng)用 Scanning And Modeling Technology,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,大型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a Big 3D object and modeling,43,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3

17、D object and modeling,小型物體：牙齒，工廠零部件，人體，汽車，有形文物， 數(shù)字博物館恐龍，化石，石窟,掃描小型物體的關(guān)鍵技術(shù)：Key Point 1. 速度 High Speed 2. 精度(理想要求與實(shí)際現(xiàn)狀) High Accuracy 3. 軟件 Modeling Software 高級建模軟件 (Polyworks,Rapidform,Geomatic,Surface) 其他后處理軟件(Pro/E, UG, I-Deas, Catia, 3D-Max, Maya) 4. 技術(shù) Technical,44,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a sma

18、ll 3D object and modeling,小型物體的三維數(shù)字化步驟: Steps of Digital for a Object 1. 多次多方向掃描物體的各部位異坐標(biāo)系的點(diǎn)云數(shù)據(jù) 2. 坐標(biāo)系的擬合統(tǒng)一坐標(biāo)系的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合 3. 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的自動(dòng)合成與三角形化單層無縫隙的模型 4. 三維模型數(shù)據(jù)的編輯平面與曲面洞的填補(bǔ),表面處理 5. 三維模型數(shù)據(jù)的壓縮大量消減三角網(wǎng)格,保持形狀不變 6. 格式轉(zhuǎn)換與輸出OBJ,STL,ASCII,VRML,IGES等 7. 利用其他軟件三角網(wǎng)格的再處理不同領(lǐng)域的造型處理 8. 表面顏色處理利用高精度的數(shù)碼圖片,得到最佳模型,45,一般小型物體的掃描

19、與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,噴水嘴的數(shù)字化模型的掃描與建模 Scanning a part and Modeling it,原物,目的：合理引進(jìn)國外先進(jìn)產(chǎn)品，通過激光掃描儀的掃描快速建立數(shù)字模型，加工生產(chǎn)模具，批量生產(chǎn)，投入市場，占領(lǐng)市場。,應(yīng)用例1,46,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,掃描過程 (采用柯尼卡美能達(dá)vivid910 Scanning By,應(yīng)用例1,640個(gè)激光點(diǎn),480 根 掃 描 線,47,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用

20、Scanning a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理過程（采用加拿大Polyworks建模軟件,應(yīng)用例1,Scan1 Scan2,48,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理過程（采用加拿大Polyworks建模軟件）,應(yīng)用例1,根據(jù)三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)造型,合成后的數(shù)據(jù),49,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,攪拌機(jī)葉輪的數(shù)字化模型的掃描與建模 Scanning a part and Modeling

21、it,原物,目的：合理引進(jìn)國外先進(jìn)產(chǎn)品，通過激光掃描儀的掃描快速建立數(shù)字模型，加工生產(chǎn)模具，批量生產(chǎn)，投入市場，占領(lǐng)市場。,應(yīng)用例2,50,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理過程（采用加拿大Polyworks建模軟件）,應(yīng)用例2,Scan1 Scan2,51,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,數(shù)據(jù)處理結(jié)果（采用加拿大Polyworks建模軟件）,應(yīng)用例2,52,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small

22、3D object and modeling,文物壁畫掃描與處理結(jié)果 Heritage Digital,應(yīng)用例3,53,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,汽車的零部件（車門合頁）處理結(jié)果 A Motal Bill Part Digital,應(yīng)用例4,54,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,汽車的零部件（發(fā)動(dòng)機(jī)氣道）處理結(jié)果,應(yīng)用例5,55,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and m

23、odeling,汽車的零部件（葉輪）處理結(jié)果,應(yīng)用例6,56,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,人的頭部五官處理結(jié)果 Human Head Digital,應(yīng)用例7,57,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,醫(yī)學(xué)研究用的牙齒處理結(jié)果 Midecal Tooth,應(yīng)用例8,58,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,基于中國人三維顱面復(fù)原數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究,應(yīng)用例10,59,一般小型物體的掃描與建模技術(shù)應(yīng)用 Scanning a small 3D object and modeling,三維數(shù)據(jù)的公安領(lǐng)域的應(yīng)用,應(yīng)用例11,掃描后的彩色三維模型 掃描后的黑白三維模型,旋轉(zhuǎn)后的彩色三維模