第2章逆向工程數(shù)據(jù)測量及處理

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容2-2 測量方法的分類及特點測量方法的分類及特點2-3 三坐標測量機三坐標測量機2-4 非接觸光學(xué)測量設(shè)備非接觸光學(xué)測量設(shè)備2-6 掃描數(shù)據(jù)點階段處理技術(shù)掃描數(shù)據(jù)點階段處理技術(shù)2-1 三維測量的作用和意義三維測量的作用和意義2-5 Geomagic Studio軟件介紹軟件介紹2-1 三維測量作用和意義三維測量作用和意義u復(fù)雜零部件的比例大u生產(chǎn)節(jié)奏的加快uCAD模型的數(shù)控加工u加工精度不斷提高u實現(xiàn)逆向工程的需要傳統(tǒng)的測量工具及手段傳統(tǒng)的測量工具及手段已不能滿足要求已不能滿足要求呼喚三維檢測技術(shù)，新一呼喚三維檢測技術(shù)，新一代測量設(shè)備的誕生代測量設(shè)備的誕生表面數(shù)據(jù)測量表面數(shù)據(jù)測

2、量非接觸式非接觸式接觸式接觸式光學(xué)式光學(xué)式非光學(xué)式非光學(xué)式觸發(fā)式觸發(fā)式機械手臂機械手臂 三三 角角 形形 法法 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 光光 法法 激激 光光 干干 涉涉 法法 計算機視圖法計算機視圖法 CT測量法測量法 MRI測量法測量法 層切法層切法 超聲波法超聲波法2-2 測量方法的分類及特點測量方法的分類及特點首首 頁頁下一節(jié)下一節(jié)設(shè)設(shè) 備備方方 法法優(yōu)優(yōu) 點點缺缺 點點三坐標測量機三坐標測量機接觸式接觸式光學(xué)掃描儀光學(xué)掃描儀非接觸式非接觸式斷層掃描儀斷層掃描儀非接觸非接觸破壞破壞工業(yè)工業(yè)CT測量機測量機非接觸非接觸不破壞不破壞速度慢；需半徑補償；速度慢；需半徑補償；接觸力大小影響測量接觸力大小影

3、響測量值；接觸力造成工件值；接觸力造成工件及探頭表面磨損及探頭表面磨損精度一般；陡峭面不精度一般；陡峭面不易測量，激光無法照易測量，激光無法照射到的地方便無法測射到的地方便無法測量；工件表面明暗程量；工件表面明暗程度會影響測量的精度度會影響測量的精度要破壞被測物體要破壞被測物體測量精度很低，一般測量精度很低，一般在在0.lmm數(shù)量級；設(shè)數(shù)量級；設(shè)備價格昂貴備價格昂貴精確度高；可直精確度高；可直接測量工件的特接測量工件的特定幾何特性定幾何特性速度快；不必做探速度快；不必做探頭半徑補償；無接頭半徑補償；無接觸力，不傷害精密觸力，不傷害精密表面，可測量柔軟表面，可測量柔軟工件等工件等測量具有內(nèi)腔及其

4、測量具有內(nèi)腔及其他可測量性較差樣他可測量性較差樣件件物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外形輪廓的測量形輪廓的測量1956年，英國Ferranti公司開發(fā)了第一臺三坐標測量機世界上第一個世界上第一個 觸發(fā)測頭觸發(fā)測頭2-3 三坐標測量機三坐標測量機三坐標測量機的發(fā)展三坐標測量機的發(fā)展首首 頁頁下一節(jié)下一節(jié)1992年全球擁有三坐標測量機46100臺，年銷售增長率7%-25%左右。我國三坐標測量機生產(chǎn)始于20世紀70年代，年增長率20%以上。發(fā)達國家擁有量高，在歐美、日韓每6-7臺機床配備一臺三坐標測量機。目前，三坐標測量機被廣泛應(yīng)用在汽車、航天、航空 、家電、電子、模具等制造領(lǐng)域。 三坐標測量機的基本

5、組成三坐標測量機的基本組成一般由主機（包括光柵尺）、電氣系統(tǒng)和測頭組成。除硬件外，軟件也是測量機的重要組成部分。三三坐坐標標測測量量機機的的類類型型移動橋式固定橋式龍門式懸臂式L型橋式將被測物體置于三坐標機的測量空間，可獲得被測物體上各測量點的坐標位置，根據(jù)這些點的空間坐標值，經(jīng)計算可求出被測得幾何尺寸、形狀和位置。非接觸掃描儀VIVID 9102-4 非接觸光學(xué)測量設(shè)備非接觸光學(xué)測量設(shè)備非接觸掃描儀ZScanner 700 快捷 便于使用 多功能性 實用非接觸掃描儀OKIO-I /II /VOKIO-SCImageWare Surfacer、Geomagic Studio、 Mimics、P

6、araform、 Quick Shape、Copy CAD、Surface Reconstruction、DigiSurf、Surface Studio等等 Geomagic Studio軟件主要應(yīng)用于消費品、軟件主要應(yīng)用于消費品、玩具及其非工業(yè)成品（如醫(yī)學(xué)方面、文物和藝玩具及其非工業(yè)成品（如醫(yī)學(xué)方面、文物和藝術(shù)品保存）方面。術(shù)品保存）方面。Geomagic Studio由美國 Raindrop 公司出品的逆向工程和三維檢測軟件， 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。除了Imageware以外應(yīng)用最為廣泛的逆向工程軟件。 Geomagi

7、c Studio軟件功能軟件功能 輸出匹配的輸出匹配的文件格式文件格式(IGS(IGS、STLSTL等等) )自動將點云自動將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形多邊形快速減少快速減少多邊形數(shù)目多邊形數(shù)目(Decimate)(Decimate)曲面分析曲面分析( (公差分析等公差分析等) )把多邊形把多邊形轉(zhuǎn)換為曲面轉(zhuǎn)換為曲面主要功能主要功能 工作流程工作流程掃描對齊 掃描整理噪音減小采樣基于曲率的孔填充多邊形編輯邊界修補特征構(gòu)建特征識別特征線選取邊界構(gòu)建面片組織目標目標組合掃描光滑數(shù)據(jù)目標目標光滑曲面整理邊界目標目標規(guī)則化形狀調(diào)整3D掃描點階段點階段多邊形階段多邊形階段成形階段成形階段CAD/CA

8、M/CAE 三階段法三階段法1 Geomagic Studio模塊簡介模塊簡介基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 模模 塊塊點點 處處 理理 模模 塊塊多邊形處理模塊多邊形處理模塊形形 狀狀 模模 塊塊Fashion模塊模塊參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將定義的曲面數(shù)據(jù)發(fā)送到其他將定義的曲面數(shù)據(jù)發(fā)送到其他CAD軟件中進行參數(shù)化修改軟件中進行參數(shù)化修改定義曲面特征類型、探測輪廓定義曲面特征類型、探測輪廓線、創(chuàng)建線、創(chuàng)建NURBS曲面曲面擬合曲面、探測輪廓線、構(gòu)建擬合曲面、探測輪廓線、構(gòu)建曲面片、構(gòu)造柵格、松弛等曲面片、構(gòu)造柵格、松弛等表面光順、細化、簡化、加厚表面光順、細化、簡化、加厚、抽殼、浮雕、創(chuàng)建邊界等、抽殼、浮雕、創(chuàng)

9、建邊界等對導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，刪對導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，刪除噪點、采樣、合并、封裝除噪點、采樣、合并、封裝提供基礎(chǔ)的操作環(huán)境，包括文提供基礎(chǔ)的操作環(huán)境，包括文件保存、顯示控制、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)件保存、顯示控制、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)六大模塊六大模塊lGeomagic Studio 特點特點： 確保完美無缺的多邊形和 NURBS 模型 。 處理復(fù)雜形狀或自由曲面形狀時，生產(chǎn)率比傳統(tǒng) CAD 軟件提高十倍。 自動化特征和簡化的工作流程可縮短培訓(xùn)時間，并使用戶可以免于執(zhí)行單調(diào)乏味、勞動強度大的任務(wù)。 可與所有主要的三維掃描設(shè)備和 CAD/CAM 軟件進行集成。 能夠作為一個獨立的應(yīng)用程序運用于快速制造，或者作為對 CA

10、D 軟件的補充。 世界各地有 3000 人以上的專業(yè)人士使用 Geomagic 技術(shù)定制產(chǎn)品、 促使流程自動化以及提高生產(chǎn)能力。視窗視窗工具條工具條計時器計時器信息面板信息面板管理器面板管理器面板菜單欄菜單欄狀態(tài)文本狀態(tài)文本用用 戶戶 界界 面面MB3：子菜單：子菜單 MB3 +Ctrl：旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn) MB3 + Alt：移動：移動 MB3 +Shift：放大或：放大或縮小縮小滾輪：縮放滾輪：縮放MB2：旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)MB2 +Ctrl：激活多個對：激活多個對象象 MB2 + Alt：平移：平移 MB2 +Shift +Ctrl ：移動：移動模型模型MB1：選擇：選擇 MB1+Ctrl：放棄選擇：放

11、棄選擇MB1+Alt：調(diào)整光源的入射角度和：調(diào)整光源的入射角度和亮度亮度MB1+Shift：設(shè)置激活模型：設(shè)置激活模型鼠標控制鼠標控制 一、點云編輯：一、點云編輯：目的：目的：Geomagic Studio 點階段是從硬件設(shè)備點階段是從硬件設(shè)備獲得點云后進行一系列的技術(shù)處理，在保留幾獲得點云后進行一系列的技術(shù)處理，在保留幾何形狀的同時，用各種取樣命令來降低點數(shù)，何形狀的同時，用各種取樣命令來降低點數(shù)，從而得到一個完整而理想的點云數(shù)據(jù)。從而得到一個完整而理想的點云數(shù)據(jù)。二、掃描數(shù)據(jù)注冊二、掃描數(shù)據(jù)注冊 & 合并合并目的：對于同一個對象的多視圖掃描數(shù)據(jù)，通過使目的：對于同一個對象的多視圖掃描數(shù)據(jù)，通過使用用“手動注冊手動注冊” (Manual Registration）和）和“全局全局注冊注冊” (Global Registration)技術(shù)進行對齊操作，技術(shù)進行對齊操作，將多個掃描數(shù)據(jù)注冊成一個完整的數(shù)據(jù)模型。將多個掃描數(shù)據(jù)注冊成一個完整的數(shù)據(jù)模型。 點階段主要操作命令，點階段主要操作命令，在菜單在菜單點點下下也可單擊工具欄命令也可單擊工具欄命令選擇