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1、某零件的3D检测实验单位：姓名:实验完成日期：2022年航空结构件质量控制与检测实训指导书学习目标1 .解激光三维扫描仪的工作原理。2 .了解应用三维扫描技术进行检测和逆向的一般过程。3 .初步掌握3D数据比对的方法。建议学时6-8学时学习过程镀金模型如图1所示，本次实验利用激光三维扫描仪对镀金模型进行扫描测量，扫描后将点云数据导入点云处理软件中进行预处理。图6-1某实物模型学习任务1:三维扫描的基本操作序号名称学习与操作活动提交内容1零件表面处理与贴点零件的喷涂标记点的粘贴基本规范2三维扫描仪的基本操作设备的基本原理认识设备基本操作设备的校准3扫描过程数据扫描过程多视角扫描方法数据的导出激光
2、三维扫描仪介绍(1)激光三维扫描仪原理三维扫描仪分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪，其中非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪(也称拍照式三维描仪)和激光扫描仪。而光栅三维扫描又有白光扫描或蓝光扫描等,激光扫描仪发出的激光又有点激光、线激光、面激光的区别，本次实验使用的激光扫描仪为手持式三维激光线扫描仪。手持式三维激光扫描仪，自带校准功能，采用红色线激光闪光灯，工作时将激光线照射到物体上，两个相机来捕捉这一瞬间的三维扫描数据，由于物体表面的曲率不同，光线照射在物体上会发生反射和折射，然后这些信息会通过第三方软件转换为3D图像。在扫描仪移动的过程中，光线会不断变化，而软件会及时识别这些变化
3、并加以处理而后形成图像。手持式三维扫描仪工作时使用反光型定位标点，与扫描软件配合使用。无需外部定位系统；扫描仪相对于部件的位置由三角测功能实时测定；弁照物与部件关联，因为标点固定在部件上；采集数据时可以移动部件；自动表面生成；投射到对象上的激光随对象形状发生变形。在扫描时，摄像头会拍摄该特定形状并对它进行计算。一般来说，应用三维扫描技术对机械零件或产品进行扫描后，有两大方面的应用：检测与逆向。检测是指将扫描后的点云进过处理后，与理论数模进行对比，做3D全形面和全尺寸的比对分析；逆向是指利用三维激光扫描仪获取物体的三维点数据后，利用逆向工程软件对获得的三维扫描数据进行整理和编辑，获取所需的三维特
4、征曲线和曲面，整理后得到机械零件的外形，为后续的创新设计或是加工制造做准备，流程图如图2所示。3.应用手持式三维扫描仪扫描测量样品的一般过程。扫描过程一般分为三个阶段，分别为：准备、扫描和保存。准备阶段：在目标样品上贴定位标点，校准扫描仪，根据样品特征配置扫描仪各项参数；扫描阶段：根据样品大小可以选择先扫描定位标点，也可以直接扫描样品，扫描完毕后可以对获得的点云数据进行简单的删除多余点云操作；保存阶段：保存方式分为两种，一种是扫描仪配套软件对应的格式，此种格式可以打开后继续扫描,一种是导出格式，可以对接后续的点云处理软件，如图3所示。图6-43D扫描工作流程（3）扫描注意事项本次实验用到的扫描
5、设备为CREAFORM公司生产的手持式激光三维扫描仪，型号为handyscan700,设备具体参数见表1。扫描对象是一个镀金模型。具体的扫描步骤分为：系统连接、扫描仪校准、扫描仪配置、样品扫描准备、扫描样品、数据保存与导出，详见表2。表1扫描仪参数重量0.85kg尺寸122X77X294mm测量速率480,000次测量/秒扫描区域275x250mm光源7束激光十字线（加额外1束）激光类别H（人眼安全）精确度最高0.030mm体积精确度0.020mm+0.060mm/m基准距300mm部件尺寸范围（建议）0.1-4m连接标准1XUSB3.0操作温度范围15-40操作湿度范围（非冷凝）10-90%
6、表2扫描测量方案步骤注意事项备注系统连接将电源插入插座，将电源连接到USB电缆，将USB电缆连接到计算机，将USB电缆的其他末端连接到扫描仪，启动VXeIements;扫描仪校准长时间没使用扫描仪需要对扫描仪进行校准，确保校准板附近没有反射物，扫描仪必须指向校准板中心，即蓝色圆圈所示的位置，并应将红线（扫描仪的高度和方向）对齐到绿色矩形内；扫描仪配置配置指根据待扫描表面的类型配置传感器快门时间，一般使用自动调节模式，当激光线完全在表面上时，将扫描仪的激光线平铺在表面上，直至调节完毕；样品扫描准备、当扫描样品反光很弱或很强时，应现在扫描样品上喷涂显像剂，消除反光，之后在样品上添加定位标点，标点距
7、离：在20mm和100mm之间，平坦区域需要的目标点较少，弯曲区域需要的目标点较多，目标点不要添加过多：添加容易，删除困难；扫描样品根据待扫描部件的表面选择适当的分辨率，在扫描时屏幕左侧显示距离表，指示扫描仪和部件之间的距离。扫描仪上部的3个LED灯也显示距离，应保持中等扫描距离，如果扫描仪距待扫描部件太近或太远，它将无法采集数据，当跟踪丢失时，在已扫描表面前重新定位扫描仪或添加标点；数据保存与导出扫描仪配套软件VXHements,在扫描过程中可以对扫描文件进行保存，格式为CSf,此种格式可以再次打开继续扫描未完成部件。在扫描完成后，一般导出Stl格式文件用于后续检测或逆向的中间格式文件。硬件
8、USB密钥定位目标点HandySCAN3DUSB3.0电缆校准板图65扫描仪硬件示意图软件界面菜单_主工具栏图6-6扫描软件界面图扫描过程图6-7扫描过程图示扫描流程灰一 660a-s笥彘更扫描方法1. 扫描仪的视野范围内应始终保持至少有4个标点2. 基准距为30 cm （12 in）0检查VXeIements上的测距仪或者扫描仪上的指示灯3. 始终尽可能地保持与表面垂直（或土 45度）4. 根据分辨率采用适当的速度辘1 .从包装箱内的保护泡沫下面取出校准板.2 将其置于周围无标点的安全位置。3 转到菜单：“配置/扫描仪/校准” .4 按下扫描仪上的主按钮启动采集过程并将扫描仪移动到绿色区域扫
9、描定位标点1将扫描模式切换到扫描定位标点。晦. a且小的位置。刖面10个测量为直线型，后面4个则带有角度。5采集14个懒后，优化将自动进行。6单击确定。0 EeSlIr EeXa2.单击扫描。3 扫描定位标点。从巾心开始并像蜘蛛网一样螺旋向外圈扫 描。确保整个模型范围都得到 启描。4 单击扫描停止扫描，然后在定位参数下单击优化定位模型。5 将扫描模式切换回扫描表面。SS1 .转到菜单：“配置/扫描仪/配置”。2 单击自动调节。3 按下扫描仪上的主按钮开始采集，并尽可能多地将激光线部分投射到部件较大的平坦区域上。确保扫描仪在建议的距离范围内（20-30 cm /8 -12 in） 4 .等待扫描
10、仪参数进行调整。5 当优化完成后，再次按下扫描仪上的主按钮停止采集。6 单击应用。,可通过屏幕左侧的2个滑杆手动调整设置。在投影过程中，氢至还可以始终通过扫描仪上的快捷按钮更改配置， 从而获得最佳的结果。查操作 左键单击，旋转 巾键单击，平移 鼠标援抡，缩放 右键单击：选项扫描过程1. 启动VXeIementS2. 检查校准3. 检查配置4. 定义所需的分辨率在项目树中，单击扫描。在扫描参数下根据所需的细节更改分辨率。作为一般原则，分辨率必须小于部件上最小半径的三分之一，然后单击应用。5. 选择恰当的标点类型在项目树中，单击定位。在定位参数下更改标点类型。可选首先扫描定位标点（参见“扫描定位标
11、点”部分）6. 单击“扫描”7. 扫描部件（注意扫描方法）8. 要停止扫描，再次单击“扫描”9. 检查扫描结果并确保其中包含所有需要的表面10. 根据需要重复第4到第9步11. 保存会话文件：“文件/会话另存为”12. 保存网格文件：“文件/保存网格”可选保存定位标点：“文件/保存定位标点”注意：要创建新的扫描会话，单击新建会话一、基于geomagiccontrol数据比对与分析软件介绍GeomagicControlX是款功能全面的检测软件平台，集结多种业内最强工具与简单明确的工作流。质监人员可利用GeomagicControlX实现革命性的简单操作与直观全方位的控制，让质量检测流程拥有可跟踪
12、,可重复的工作流。其快速,精确,信息丰富的报告和分析应用在制造工作流程中，能够造就非凡的生产力与质量。图6-9GeomagicControlX应用示意图(2)基本工作流程输入 直接与扫描仪集成 预计划的检测程序 逐步检测工具 自动化扫描倾向分析3 fit.TK 口视点驱动的报告可自定义模板/图6-10GeomagicControlX工作流程图基本概念参考模型：用户根据自己的需要设计的产品的计算机模型。测试模型：通过扫描得到的实际产品模型，与参考模型之间有些微差别。对齐方式：将参考模型与测试模型放置到相同坐标系下相同位置的方式。3D比较：将测试模型与参考模型进行三维比较，通过彩色的结果图形显示出
13、测试模型与参考模型之间的偏差。2D比较：将测试模型与参考模型的横截面进行比较，通过须状图显示出测试模型与参考模型横截面之间的偏差。自动生成报告：从对齐到分析，以及报告生成的过程完全自动化。在有多个测试模型要与同一参考模型进行比较的情况下非常有用。基本流程打开文件。将参考模型与测试模型进行对齐。(包括基准/特征对齐，最佳拟合对齐和3-2-1对齐等。如果是基准/特征对齐，先在参考模型上创建基准/特征，然后再在测试模型上自动创建基准/特征。)在参考模型和测试模型之间进行误差分析，如3D、2D比较，特征比较，边界比较，3D尺寸生成等。创建报告。自动生成报告学习任务2：三维数据的基本处理序号名称学习与操
14、作活动提交内容1数据预处理基于geomagic的多视角数据的拼接基于geomagic噪音数据的处理2数据的优化基于geomagic点云数据的优化学习任务3：三维数据检测分析序号名称学习与操作活动提交内容1三维数据比对与分析过程参考模型与测试模型进行对齐2在参考模型和测试模型之间进行误差分析3D、2D比较3特征比较，边界比较与GDT4创建报告与理解报告(3)3D数据分析步骤3-1：导入文件sheet-inspection.stl点云模型作为测试模型，导入sheet-cad.iges”CAD模型作为参考模型。如图6-11所示导入后图示，分别设置参考对象和测试对象如图6T2.图6-11导入后图像图标）。该功能用于创建多种类型的特征，以便在后面的操作中将参考模型与测试模型进行对齐。特征除了用于对齐命令，在分析过程中，也可以在特征之间进行比较和分析，从而得出它们之间的误差数据。在“特征类型”选项中，选择“孔”类型，选择实际边界，点击右侧圆孔孔边界，将
