毕业设计论文：基于CAD机关扫描仪的设计与实现.docVIP

中 国 计 量 学 院 实物扫描，反求设计 1．1 点云数据的获取 1.1.1 激光扫描仪简介 针对鼠标的外部结构特征，本课题选用Handscan Revsan三维激光扫描仪。 REVscan 激光扫描仪隶属于HANDTSCAN 3D自定位扫描产品系列，可精准捕获3D扫描数据，极大提高扫搓分辨率和精度。REVscan激光扫描仪可以满足用户在现有产品和过时产品或部件，甚至可能是在没有使用计算机辅助设计(CAD)开发的旧部件基础上创建或重新创建新设计的要求。REVsean已经被证实在加速和推动产品设计、创建及成型分析过程方面尤其有效，同时降低了相关成本。 REVsean在许多应用中都得心应手，功能强大，包括表面重建、A级表面处理、3D建模、机械设计、油泥模型数字化、工具与夹具开发、维护、维修与大修(MRo)、有限元分析(FEA)，医疗应用：非接触式、非创伤性过程。针对人体部位或现存部位进行扫描并生成3D数字文件，用于矫正术和修补术、美容和整形手术，对身体部位测量并再造，进一步进行诊断和跟踪治疗；检测：满足任何环境下的使用，可扫描与测量任何尺寸的物体。进行非接触式扫描、首件与供应商质量检测、比色分析报告以及部件的全面符合性评估；其他应用：3D存档、复杂形状获取、测量存档、破坏评估、数字模型和实体模型、包装设计及快速成型等。 三维激光扫描仪的优点：自定位、真正便携、高精度、真正自动多分辨率、价格实惠、手持式设备、功能强太，使用界面友好。 1.1.2 扫描方案的设计 选择快而精确的数据采集系统，是逆向工程实现的前提条件，它在很大程度上影响了所设计产品的最终质量，以及工作的效率和成本。在本课题的研究过程中，针对玩具猫的不规则形状特征，采用的是激光扫描仪的方式采集数据，该方法效率和质量都比较高。 对鼠标的结构特征进行具体的分析得知，其外部结构基本上没有特别复杂难以扫描的地方，但有些地方无法一次扫描完整，鼠标底部也有个别特征，从而无法一次扫描完成获得点云数据。因此，为了把这个底部特征扫描出来，必须进行两次及其以上的扫描次数。鼠标的实物图如1.1所示。 图1.1 鼠标实物图 所获的两个点云数据图片如下： 图1.2 顶部点云数据 图1.3 底部点云数据 1.2 逆向建模点阶段 1.2.1 点阶段的处理 Geomagic Studio的点阶段是在扫描仪获得点云数据之后进行一定的处理从而获得一个比较理想的点云数据，与最初的点云数据相比较，经过点阶段处理之后，比较完整的新的点云数据即可封装成下一个步骤的多边形模型阶段。 点云阶段的其他阶段需要进行的操作是：首先根据需要对导入的点云数据进行合并点对象处理，生成一个完整的点运数据；然后通过着色处理使得整个点云数据更好地显示出来；之后进行点云的去除体外孤点、去除非连接项、减少噪声、统一采样、封装等各项操作。针对本课题的研究，扫描后有两个点云数据，还需要进行的一个步骤是点云的注册。 其中的体外孤点是指模型中偏离主点云数据，操作时需要设置一个敏感值，一般设为85，其产生的主要原因一般是在扫描的时候，不能避免地会扫描到一些背景物体，比如桌面、支撑物等等，在点阶段处理的时候必须删除，此时用到最多的一个命令是套索工具，通过套索工具选中即可删除。 图1.3 去除体外孤点 而非连接项是那些偏离主点云的点束，可以设置点束距离主点云多远，一般选择为低。 图1.4 选择非连接项 噪声点是指模型表面粗糙的、非均匀的外表点云，在减少噪声的时候，需要调节平滑级别以及迭代次数、偏差限制，在调节的时候可以同时观察点云数据有何变化，经过这些处理之后，可以使数据平滑，为后面的封装可以更好地显示真实的物体形状。 图1.5 减少噪音 通过使用手动注册和全局注册技术进行对齐操作，将多个扫描数据注册成完整的一个数据模型。 在手动注册中，本课题采用“n点注册”，选择玩具猫的尾巴、手部以及脚部的几点进行一次对齐。具体操作如下图1.6所示。 图1.6 手动注册n点注册 然后进行全局注册，扫描数据经过重新计算使对齐的误差进一步减小。在进行完成注册之后，需要进行合并数据，使两个点云数据成为一个整体，并且可以自动执行点云减噪、统一采样、封装及生成可视化的多边形模型，该操作多用于注册完毕之后的多块点云之间的合并。如图1.7，1.8所示。 图1.7 全局注册 图1.8 合并数据 经过全局注册、数据合并之后，最后得到的点云数据如下图1.9所示。 图1.9 点阶段处理完成 1.3 逆向建模多边形阶段 1.3.1 多边形阶段的处理 在点阶段之后点击进入多边形阶段，如图1.10所示。 图1.10 多变性阶段未处理 多边形阶段是继点阶段的封装之后进行的一系列操作，主要进行的是多边形的处理，得到理想的完整的多边形数