1、手持式激光扫描仪 成思源 杨雪荣 1 教学要求： l了解手持式激光扫描仪的结构、原理 l了解手持式激光扫描仪主要功能 l了解手持式激光扫描仪方法 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CA
2、D造型、模拟仿真和有限元分析的目的。 3 其特点有： l无需其他外部跟踪装置，如CMM、便携式测量臂等。 l利用反射式自粘贴材料进行自定位。 l采用便携式设计，具有质量和体积小，具有运输方便的特点，因而不受 扫描方向、物件大小及狭窄空间的局限，可实现现场扫描。 l扫描过程在PC屏幕上同步呈现三维数据，边扫描边调整；通过对定位点 的自动拼接，可以做到整体360度扫描一次成型，同时避免漏扫盲区。 l直接以三角网格面的形式录入数据，由于没有使用点云重叠分层，避免 了对数据模型增加噪音点；而且采用基于表面最优运算法则的技术，因 此扫描得越多，数据获取就越精确。 l数据输出时，自动生成高品质的STL多边
3、形文件，马上可以读入CAD软 件以及快速成型机和一些加工设备；同时兼容多种逆向软件，可以生成 各种CAD格式文件。 4 l手持式激光扫描测量系统组成 如图所示，该扫描仪的 下端小圆孔为十字激光 发射口，激光由该孔中 发射出；中间黑色按钮 是触发器，按住此按钮 系统开始接受数据；上 端两个大圆孔是CCD镜头 ，接收反射回来的激光 ；每一个CCD镜头的周围 是四个LED发光点，用于 屏蔽周围环境光对扫描 数据的影响。 5 lREVscan手持式激光 扫描测量硬件系统包括 以下配件：火线 PCMCIA数据采集卡、 数据线、电源适配器、 支撑架以及计算机，由 以上配件和REVscan 手持式激光扫描仪
4、组配 成一个完整的激光扫描 硬件系统如图4-2所示 。 6 l软件系统 l与硬件系统相配套的软件系统是VXscan数据处理软 件。VXscan软件可将扫描仪扫描得到的数据进行保 存，并可以直观显示当前工作进度等操作。VXscan 的操作界面如图4-3所示。 7 lVXscan软件与其它软件界面类似，从上至下分别标题栏、菜单栏、工具栏、视 窗以及状态栏，左边树形控制栏显示的是菜单“View”下的命令，可通过单击树 形控制栏内的项目直接对命令进行操作。 8 操作流程 l1、着色处理和配置颜色。 l2、贴标记点。 l3、组配硬件系统。 l4、启动VXscan软件 l5、扫描。 l6、保存文档。 9
5、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 。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。 10 l贴标记点。 通过在模型表面粘贴标记点的方法进行空间定位，可以实现对不
6、同 角度扫描数据的拼接。标记点表面拥有很好的反射效果，以便于扫描仪 能够准确定位该点的空间位置，从而在扫描仪自身的系统空间中表达出 来，并通过激光对可识别定位点之间物体表面的探测，实现物体模型转 换为数字模型；但是系统无法识别标记点自身的表面情况，由系统自动 以平面的形式填充，所以标记点不能够贴在零件的特征处或曲率变化较 大的位置。贴标记圆点的一般距离是8-20cm，规则是在平面或曲率变 化较小的区域贴较少的标记点，在特征处或曲率变化较大的区域贴较多 的标记点。 11 l组配硬件系统。 按照上一节的内容对硬件系统进行组配。由于扫 描仪比较轻巧，所以在组配和测量时拿住它测量比较 轻松。需要注意的
7、是，因为REVScan扫描仪是高精密 的光学设备，所以在组配和测量过程中避免碰撞扫描 仪，否则会降低扫描的精度，甚至可能损坏扫描仪。 12 l启动VXscan软件。 如果系统没有提示“没有找到扫描仪设备”，则说 明测量系统已正确组配。启动VXscan软件，并处于 接受数据状态。按住触发器，激光发射孔发射十字激 光，LED发射红色屏蔽光。如图4-4所示，至少有3个 定位点在系统的识别范围之内，系统才开始接收数据 。激光从发射孔发出，由CCD镜头接收，并在 VXscan软件中以直观的曲面模型的形式表现出来。 13 l扫描。 在进行扫描工作之前，先确定模型的大小、颜色，并对相 关参数进行设置。在扫描
8、过程中，扫描仪的激光发射器与激光“ 十”字照射的相应零件区域保持在250mm-300mm，使扫描仪达 到最佳的数据输入状态；如果两者的距离过近或过远，系统将自 动提示。最佳的扫描方向为激光“十”字的两个相邻边的角平分线 方向。如图4-5所示为模型正在扫描的过程当中，为了减少环境 的干扰，扫描过程中，扫描仪会发出红色的屏蔽光。 14 l在电脑上显示红色的参照标志点代表它们正在扫描的区域中，该区域正在被采集 到电脑中。通过在电脑显示屏上的观察，可以获得点云的质量，以根据显示来判 断扫描的质量是否符合要求，并且可以针对点云残缺的部分进行进一步的扫描。 15 l扫描时一般从曲率变化较小的面开始，当一个
9、面扫描 完转至相邻面时，必须保证至少有三个标记点在扫描 范围之内，否则系统将停止输入数据。如果多次翻转 至相邻面均失败，可适当增加两个面的标记点，使扫 描工作顺利进行。 16 l1、模型尺寸较小。尺寸较小的模型由于不能贴足够的标记点， 也就无法完成扫描仪的邻边翻转测量的过程。对于此类零件的扫 描需要增加辅助工具来完成测量，比如可以通过增加一块辅助平 面板来进行测量。在辅助板面上按照贴标记点的规则均匀贴满标 记点，而模型本身可以不贴标记点，通过辅助板上的定位点就可 以完成对小尺寸模型的测量。如图4-8所示是汽车连杆通过添加 辅助平板来完成扫描。 l图4-8 较小零件与带标记点的辅助板 17 l2、薄壁件。薄壁件由于厚度小，也就无法完成扫描 仪的邻边翻转测量的过程。同样需要通过辅助工具完 成翻转过程。如图4-9所示是薄壁壳体添加辅助工具完 成扫描。 18
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