1、光栅式扫描测量 成思源 杨雪荣 1 教学要求： l了解光栅式扫描仪的结构、原理 l了解光栅式扫描仪主要功能 l了解光栅式扫描仪方法 2 l手持式激光扫描系统： 手持式激光扫描系统即是采用激光三角测量原理对物理模型 的表面进行数据采集。 是继基于三坐标测量机激光扫描系统、柔性测量关节臂的 激光扫描系统之后的“第三代”三维激光扫描系统。该扫描仪无需 任何关节臂的支持，只需通过数据线与普通PC或者笔记本电脑 相连接，就可以手持该扫描仪任意自由度地对待测零件、文物、 汽车内饰件、鞋模、玩具等进行扫描，从而快速、准确并且无损 的获得物体的整体三维数据模型,达到质量检测、现场测绘与逆 向CAD造型、模拟仿
2、真和有限元分析的目的。 3 光栅投影相移法是基于光学三角原理的相位测量法，将正弦的周期性 光栅图样投影到被测物表面（典型光路图如图3.1所示），形成光栅图像 。由于被测物体高度分布不同，规则光栅线发生畸变，其可看作相位受 到物面高度的调制而使光栅发生变形，通过解调受到包含物面高度信息 的相位变化，最后根据光学三角原理确定出相位与物面高度的关系。 4 l光栅式扫描测量系统组成 测量头（Sensor）：是一个白 光投影系统，它包括一个CCD 摄像机（camera）和一个光 栅投影仪（projector）。 控制台（Rack）: 它是这个测 量系统另一个非常重要的部件 ，包括控制器（comet IV
3、 controller）和电脑（comet IV PC）两部分。控制器（ controller）控制着系统电源 供应及相关通讯。PC即装有 COMET测量系统专用的软件 comet plus6.50，是用来对数 据显示及处理。 5 l它采用单光栅旋转编码方式进行测量，在 测量过程中光栅进行相位移动并自动旋转 。这弥补了通常测量方法中光栅直线移动 时光栅条纹方向与特征的方向平行或接近 时测量数据会残缺不全的缺点，可实现对 工件的边界、表面细线条特征的准确测量 。COMET测量系统用单摄像头，消除了 同步误差。在数据拼接方面，系统除了提 供参考点转换拼接、联系点拼接和自由拼 接方法外，还提供最终全
4、局优化拼接，使 各数据点云拼接达到全局最优化。 6 COMET系统测量策略 l参考点转换 l测量前，通常在被测物体表面贴上两种类型的参考点 ，一类是经过数字编号的编号参考点，另一类是没有 固定编号的标志参考点。 7 COMET系统测量策略 l联系点曲面拼接 l测量时，首先在被测物体上按照一定规则的样式布置 标志参考点，在测量过程中它们将通过COMET系统 的测量传感器决定出具体的位置，这便是联系点了。 在每次采集的数据中必须至少含有三个参考点，也即 在匹配先后采集的数据时，至少需要使用三个联系点 。 8 l自由拼接 l自由匹配指的是使用先后采集的两份含有重叠区域数据集上所包含的表面结构特 征来
5、实现数据集的匹配，所以也被称为特征点匹配。 l该策略下，首先需要在两数据集上互动的粗略指定一个或数个位置大致对应的点 ，称为点对，如图3.8中所示；随后，COMET系统将会启动自动的曲面拼接进程 ，以其中的一个数据集为参考将另一个数据集调整到准确的位置。 9 操作流程 l1、着色处理。 l2、分析将要采用的测量策略并进行相应处理。 l3、启动软硬件，调整测量角度及距离，设置各种参 数。 l4、开始扫描并进行相应数据处理。 l5、最终数据处理并输出数据。 10 l着色处理和配置颜色。 如果扫描的模型是反射效果较为强烈的塑料、金属等材质 ，CCD无法正确捕捉到反射回来的激光，也就无法正常进行扫描
6、。通过喷施着色剂可增强模型表面的漫反射，使CCD正常工作。 着色剂的喷施不可以太薄或者不均匀，会因此影响到最终点云数 据的完整程度；着色剂的喷施不可以太厚，因为太厚不仅会覆盖 掉一些细节特征处，而且会因此增大零件的外形，影响到点云数 据的准确性。较好的着色方法是进行多次喷施，直到各个部位都 均匀着色为止。如果扫描的模型不是反射效果强烈的材质，通过 软件对颜色的配置可完成对模型的扫描。 11 光栅投影扫描测量实训范例 喷射显像剂3D-viewer视图 12 13 14 图3.17 选对应点后的预调整数据 图3.18点云拼接设置对话框（已选对应点） 15 点云拼接对话框（拼接结果）拼接结果数据 16 17 全局的拼接优化结果数据 全局的拼接优化后得到点云数据 18
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