3D扫描讲义Word文件下载.docx
- 文档编号:16864691
- 上传时间:2022-11-26
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:847.15KB
3D扫描讲义Word文件下载.docx
《3D扫描讲义Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《3D扫描讲义Word文件下载.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
圖一數位模型製作系統(智泰集團
1.逆向工程使用配備:
(智泰集團
∙量測探頭:
有接觸式(觸發探頭、掃瞄探頭)。
非接觸式(雷射位移探頭、雷射干涉儀探頭、線結構光及CCD掃瞄探頭、面結構光及CCD掃瞄探頭)。
∙量測機台:
有三次元量測儀、多軸專用機台、多軸關節式機械臂、及雷射追蹤站等。
∙點群資料處理軟體:
雜訊濾除、細線化、曲線建構、曲面建構、曲面修改、內插補點等。
∙CAD/CAM軟體:
一般PC級或工作站級CAD/CAM系統。
∙CAE軟體:
執行各種分析,增加設計成功率。
∙CAM與CNC工具機:
執行原型製作或模具製作。
∙快速成型機:
模型產生(有光化學法、粉末成型法、繞線成型法、切紙成型法等等)。
從上述逆向工程所需的設備來看,3D掃描與曲面建構在數位模型製作的逆向工程中,屬於前段的階段,是近年來所發展的技術,主要用於快速模型的製作。
二、3D掃描種類與設備
1.3D掃描技術種類
3D數位掃瞄系統在工業方面的應用,主要可分為
(1)接觸式:
利用機械或電子式探頭接觸模型工件表面,而獲得工件的空間資料的方式。
量測範較大,精度較高,但速度緩慢,且接觸式掃描需考慮探頭幾何偏差補正,量測資料需作後段資料修正。
一般高精度之掃瞄(0.03mm)以下,以接觸式較為實用,尤其在品質管制上,以接觸式為佳。
(2)非接觸式:
利用光學的雷射或照相方式,不接觸工件而能量測工件空間資料的方式。
量測時間短,精度較差,一般小型工件,表面深度變化不大,精度要求不高,探頭很難進入之極小圓角之凹槽、凹線,或表面柔軟工件都適合採用非接觸式。
非接觸式掃描可以快速量測物體表面大量點資料,對於曲面重建迅速,且無探頭幾何偏差的問題。
常見的工業3D掃描方式如表一。
(智泰科技
表一常見的工業3D掃描方式
非接觸式
1、3D雷射數位掃瞄系統:
專業掃瞄系統機型適用於模具設計、產品外型驗證、產品設計等
2、3D光學照相系統:
藉由光柵投影在待測物面上,並加以粗細變化及位移,配合CCDCamera將所擷取的數位影像透過電腦運算處理,即可得知待測物的3D外型。
接觸式
3、掃描循跡專用機型;
掃描循跡專用機掃描適用於工件外型特徵曲率變化小、不適用曲率大的工件表面等。
4、三次元座標量床:
三次元座標量床過去一般以接觸式探針為主用於模具檢測、產品外型驗證、工件外型特徵變化大、幾何形狀等。
近年也有非接觸式三次元座標量床。
2.3D掃描技術比較
常用的工業3D掃描技術比較如表二。
表二常用的工業3D掃描技術比較(崑山科大網頁http:
//pmc.ksu.edu.tw/多媒體/逆向工程課程/1-5.shtml)
掃描循跡專用機
3次元量床
雷射掃描儀
量測方式
接觸式(非接觸式)
感測器
類比壓電元件
開關元件
光電元件
接觸壓力
20~30g
150g以上
無
量測精度
小於50μm
1μm
10μm~100μm
電子尺解析度
5μm
100~150μm
量測速度
140點∕ses
人力控制
1000~12500點∕sec
工件材質
容許的材質
硬質材質
不限
前置作業
校正基準面
設定座標系統
同左
需噴白漆
無基準點
量測死角
球頭半徑限制
(面交接處之尖角)
光學陰影處
光學焦距變化區
誤差
均勻
隨曲面變化大
部分失真
三、3D掃描技術與應用
1.3D掃描技術應用(智泰科技
3D行業是一個新興且高產值的行業,3D應用包含領域很廣,從藝術、科學、虛擬實境、動畫、工業設計…等行業都有快速發展。
圖二是2D與3D產業的應用與產值預估。
在3D產業中,3D掃描是其中重要的一環。
圖二2D與3D產業的應用與產值預估
表三3D掃描應用(智泰科技與通業科技)
工業及設計領域
3D數位掃瞄系統與CAD、CAM、RP(快速原型)及CNC模具加工的整合應用方面,涵蓋的產業有:
汽機車業、通訊業、家電業、玩具業、模具業、航太業、五金業、眼鏡業、運動器材業等
娛樂工業、虛擬教育訓練領域
多媒體、互動式電玩、電子出版、DVD-ROM、高階處理器、寬頻等
醫學工程領域
3D影像掃瞄可輔助的範圍有遙控醫學、外科手術模擬訓練、整形外科模擬、義肢設計、筋骨關節矯正和牙齒矯正、假牙設計等(右圖為通業科技資料)
人體攝影棚領域
包括遊戲、娛樂和線上聊天、3D人體體型銀行、3D人臉照相機、應用於整型外科與動畫、遊戲設計
文物保存工程領域
傳統雕刻、古人類的骨頭、器皿、建築物(右圖為德霖技術學院光電空間資訊中心資料)
2.3D掃描技術
(1)三次元測量機(智泰科技
三次元測量機是一種設計開發、檢測、統計分析的現代化的智慧工具,現今主要使用的三次元測量機有橋式測量機、龍門式測量機、水準臂式測量機和可擕式測量機。
目前測量方式大致可分為接觸式與非接觸式兩種。
以下是三次元測定的一些應用,如表四
表四三次元測量機應用
檢測比對
三次元測量機可以應用輸入3D數位模型的方式,將成品與數位模型上的定位、尺寸、相關的形位元公差、曲線、曲面進行測量比較,輸出圖形化報告,檢驗成品品質,從而形成完整的成品檢測報告。
掃描修復
在某些模型成品使用了一段時間出現磨損要進行修正,但又無原始設計資料(即數位模型)的情況下,可以用截面法採集點雲,用規定格式輸出,探針半徑補償後造型,從而達到完好如初的修復效果。
逆向掃描
當一些曲面輪廓既非圓弧,又非抛物線,而是一些不規則的曲面時,可用油泥或石膏手工做出曲面作為底胚。
然後用三次元測量機測出各個截面上的截線、特徵線和分型線,用規定格式輸出,探針半徑補償後造型,在造型過程中圓滑曲線,從而設計製造出全新的模具。
(2)雷射掃瞄
非接觸式量測距離的方法分聚焦法、反射光量法、光干涉法、三角測量法,傳播時間法等。
三角測量測法的解析度,測量範大,最為常用。
三角測量測法的投射光源包括點光源、光帶式光源、多縫光源、及空間符碼化光源。
雷射探頭的量測原理目前均以三角法為主。
其原理如圖四。
當工件深度變化時,雷射投射到偵測器的位置也相對改變,利用這種三角關係便可對工件深度做定位掃瞄。
圖四雷射掃瞄三角法
(3)光學照相(馬路科技.tw/products.htm)
系統主要是由光柵投影設備及兩個工業級的CCDCamera所構成,其原理就如同人類的兩雙眼睛,藉由光柵投影在待測物面上,並加以粗細變化及位移,配合CCDCamera將所擷取的數位影像透過電腦運算處理,即可得知待測物的3D外型。
單一筆的量測資料計算出來之後,藉由標籤點來定位,經電腦運算後會自動定位回去,簡單說就像3D的拼圖一般,把一個物件完整的拼湊出來,當整個物件量測完成之後,所有的點群加總後便是真實物體的外形,再藉由運算產生出STL格式的資料。
3.3D掃描技術實例
測頭架設:
測頭可架設於大型腳架或攜帶式腳架,量測過程中無床台的限制。
量測:
單筆量測由數張光柵投影至物體表面,以2個CCD同時擷取影像,經過數秒計算,軟體運算出單一次的量測資料。
單筆資料呈現:
每筆量測完成的資料,顯示在螢幕上,同時軟體也會監控量測環境所造成的影響。
完整資料組合:
每筆量測後的資料定位,最後量測完成的資料會輸出STL的標準格式。
圖五照相掃描實例(馬路科技.tw/products.htm)
夾治具量測
內裝量測
逆向工程
檢具量測
車身量測
模具量測
零件量測
重測量測
逆向工程運用
逆向工程-數位典藏
產品檢測-報告分析
與CAD資料誤差比對分析
圖六雷射掃瞄實例(通業技研.tw/3dscan03.htm)
四、掃描點資料處理與轉換
1.掃描資料處理的原因
(1)消除掃瞄偏差:
由於探針幾何補正、工件粗糙度、物體造型複雜、特殊的角度量測不到、掃描環境影響….因素,掃描的點資料(又稱點雲資料,點群資料)常會有誤差或畸異點(突出或凹陷)產生,因此需藉由軟體自動計算或手動編輯修正。
(2)分段掃描:
由於量測設備限制、工件尺寸過大…因素,無法一次完整的量測資料,而需將物件區分為數個區域,分別量測後再經過點資料複合程序,將多組量測資料合而為一。
(3)座標點重整:
在不同次量測時,兩組量測資料的系統往往無法設為一致,導致於資料無法整合。
因此,量測時,必須提供座標轉換的基準,之後再進行座標轉換,將一組資料之座標系統轉換成另一組資料之座標系統,使各次量測的資料可結合於一起,此項技術稱座標重整。
2.掃描技術資料的前處理
量測資料的前置處理。
其又可分為兩個部分:
(1)點資料前置處理:
點資料前置處理主要有點資料亂點排序、點重組、重新取點、點資料的分隔、方向重組、亂點濾除、平滑化等,可將掃描過程中所產生的亂點或雜訊予以抑除,得到一較正確且易處理的資料點,以利於曲面系統的重建工作。
(2)特徵曲線的萃取:
雷射掃瞄系統是採平行掃描的方式,因此點資料並不能依照工件的幾何形狀分布,必須經由特徵曲線的萃取以輔助掃瞄點資料的重新分布。
圖七為掃描資料前處理的一些應用。
(a)幾何公差分析(b)組裝件之間的面差與間隙分析
(c)點資料編輯修補,平滑化(d)修補點資料、特徵線擷取
圖七掃描資料前處理的一些應用(馬路科技)
3.掃描技術料的後處理
掃描技術的後處理住要工作再於曲面重建、誤差比對、產生特徵、曲面修整…等工作。
利用CMM或掃瞄點資料為輸入資料來重新建構曲面模型。
得到產品的數據資料後,以逆向工程軟體進行點資料的處理,經過分門別類、群組區隔、點線面與實體誤差的比對後,重新建構曲面模型,產生CAD資料、製造或NC加工或RP製作,這部分即為後處理。
匯入點群資料
分割點群資料
建立曲面
誤差比對
動態品質控制
逐一建構曲面
產生特徵
修整曲面
逆向建構完成
圖八掃描資料後處理的一些應用(馬路科技)
四、專題製作的規劃與製作
經過以上的基礎專業知識的學習後,在綜合「專題製作」的題目規劃與製作有新方針。
本高瞻計畫的「專題製作」的設計為「精密鑄造融入專題製作」,同時將本課程的「3D掃描」如何融入此課程題目,請你想一想後再深入設計與規劃,有任何問題均可提出與本科教師討論。
例如:
如何利用本科點陣式3D掃瞄機器,將此模型的數位檔案後,轉化成CAM檔案並融入「精密鑄造融入專題製作」。
本課程相關「實習與製作」課程,將於鑄造科兩年級之「電腦輔助模型製作」專業實習課程中教授相關3D掃瞄技術等相關操作與實做。
另外,可以將此技術與另一課程「數位模型製作」課程相互配合,來完成此同學自己所規劃與設計的「3D數位造型融入精密鑄造融入專題製作」。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 扫描 讲义