三维激光扫描仪实验报告（三维激光扫描仪的基本功能）

本文目录

• 三维激光扫描仪的基本功能
• 三维激光扫描数据建模概述
• 三维测量技术的方法及应用
• 手持式三维扫描仪_手持式三维扫描仪使用步骤

三维激光扫描仪的基本功能

传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。 快速扫描是扫描仪诞生产生的概念，在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等，更甚者，要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量，在数字化的今天，这样的测量速度已经不能满足测量的需求，三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹，而现在脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到50000点每秒，相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。
无臂式手持 3D 扫描系统和双摄像头传感器形成了一个独特的组合，确保在实验室和工作场所能生成最精确的测量值。 这一完备且功能强大的检测方案提高了测量过程的可靠性、速度和多功能性。 在铰接臂方面与其他 3D 扫描仪相比较，光学 3D 扫描系统可以完全自由移动，显著提高了工作效率和质量！

三维激光扫描数据建模概述

三维激光扫描仪对地质标本进行全方位扫描，获取了地质标本的离散结构点（点云数据）之后，就可以开始建模工作了。

1）建模过程就是对点云数据进行实体转化，形成实体的三维标本网格数据，恢复被测标本的真实形体结构及实际尺寸，并使用照相机自动获取的纹理影像数据，给三维标本赋予纹理，完成真实结构、真实纹理的地质标本的三维数字化模型（图4.2）。

图4.2 标本点云数据实体化和赋予纹理的标本三维数字实体

2）岩石标本的三维数字化，需要用到Faro Scene的三角化构建功能。即在Faro Scene软件中，导入标本的点云数据进行网格构建，实现从点云数据转化为实体数据的过程，即转化为标本网格数据。

3）三维实体化的岩石标本还没有真实的纹理信息，需要利用三维激光扫描仪搭载的数码相机，自动获取纹理影像数据，在Faro Scene软件中，执行应用图像的命令，给岩石标本三维网格体赋予纹理，实现真实结构、真实纹理的岩石标本三维数字化。最后，生成Cache.c3 d、Information.c3 d、Level1.c3 d、World.c3 d及htm文件的一系列三维模型文件。

4）利用KUBIT PointCloud 6.0 软件，对标本的离散结构点云数据，进行实体转化，构建具备标本真实形体结构、实际尺寸的标本实体网格数据。

图4.3 三维激光扫描的标本点云数据、处理中的点云数据、实体化的点云数据和带纹理的高精度模型

5）利用KUBIT PhotoPlan 6.0软件，给标本网格贴上纹理，就构成了具有真实结构、真实纹理的标本三维数字模型（图4.3）。

6）最后添加鼠标互动浏览操作功能，按下鼠标左键，移动鼠标可以上、下、左、右旋转模型，鼠标中间滑轮可以放大、缩小模型。

三维测量技术的方法及应用

三维测量，顾名思义就是被测物进行全方位测量，确定被测物的三维坐标测量数据。其测量原理分为测距、角位移、扫描、定向四个方面。根据三维技术原理研发的仪器包括拍照式（结构光）三维扫描仪、激光三维扫描仪和三坐标测量机三种测量仪器。
三维测量可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能的测量”。 三维测量的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。
1.将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，这项技术就是三坐标测量机的原理。三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，可以替代多种表面测量工具，减少复杂的测量任务所需的时间，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。
2.三维激光扫描仪是通过发射激光来扫描被测物，以获取被测物体表面的三维坐标。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，具有高效率、高精度的测量优势。有人说，三维激光扫描是继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描仪被广泛应用于结构测量、建筑测量、船舶制造、铁路以及工程的建设等领域，近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪和机载三维激光雷达。
3.拍照式三维扫描仪采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。这种测量原理，使得对物体进行照相测量成为可能。所谓拍照测量，就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图象，而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。
机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型等测量高精度的几何零部件以及测量复杂形状的机械零部件。
三维测量技术的应用领域：
三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，三维扫描设备也逐渐商业化，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。
（1）测绘工程领域：大坝和电站基础地形测量、公路测绘，铁路测绘，河道测绘，桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。
（2）结构测量方面：桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量；管道、线路测量、各类机械制造安装。
（3）建筑、古迹测量方面：建筑物内部及外观的测量保真、古迹（古建筑、雕像等）的保护测量、文物修复，古建筑测量、资料保存等古迹保护，遗址测绘，赝品成像，现场虚拟模型，现场保护性影像记录。
（4）紧急服务业：反恐怖主义，陆地侦察和攻击测绘，监视，移动侦察，灾害估计，交通事故正射图，犯罪现场正射图，森林火灾监控，滑坡泥石流预警，灾害预警和现场监测，核泄露监测。
（5）娱乐业：用于电影产品的设计，为电影演员和场景进行的设计，3D游戏的开发，虚拟博物馆，虚拟旅游指导，人工成像，场景虚拟，现场虚拟。

手持式三维扫描仪_手持式三维扫描仪使用步骤

手持式三维激光扫描仪

手持式三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。 搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。

●参数配置

○详细参数

型号：EXAscan（高精度型）

重量： 1.25（KG）

分辨率： 0.1毫米(0.004英寸)

测量精度：最高 0.040 mm

外形尺寸：172 x 260 x 216mm

十字线：双激光线300X300mm

测量范围：无局限，内外均可

测量速率：25,000 次测量/秒，约50000点/秒

激光安全等级：二类(对视力无害)

输出格式：.dae, .fbx, .ma, .obj, .ply, .stl, .txt, .wrl, .x3d, .x3dz, .zpr

用途：逆向工程、外观造型与设计、检测、FEA/CFD、原型法

○ 标准配置(手提箱内)

1、校准板 2、人体工程学支架 3、FireWire数据线

4、PCMCIA连接卡 5、电源 6、定位目标点

○ 兼容软件

激光扫描仪与以下CAD/后处理软件配合使用，可产生极佳性能:

CATIA V5：适用于CATIA V5的扫描模块

Geomagic：激光扫描仪拥有与STUDIO及QUALIFY相兼容

Polyworks：可与Innovmetric的IMEdit和IMlnspect模块相兼容的插件 PRELUDE V5 Inspect：可从Formi订购的用于此软件的插件

●优点

- 高分辨率：检测每个细节并提供极高的分辨率。

- 极高精度：提供无可比拟的高精度，生成精密的3D物体图像。

- 真正自动多分辨率：新型批量三角化处理装置(Decimate Triangles slider)可在需要时保持更高分辨率，同时在平面上保持更大的三角网格，从而生成更小的STL文件格式。

- 双扫描模式：用户可使用安装在设备顶部的按钮在正常和高分辨率扫描模式之间切换。正常分辨率对于大型部件和动态扫描十分有用，而高分辨率专用于要求严格的复杂表面。

- 自定位：不需要额外跟踪或定位设备，创新的定位目标点技术可以使用户根据其需要以任何方式、角度移动被测物体。

- 首台真正便携式设备：可装入一只手提箱，轻而易举的带到作业现场或者移动于工厂之间。

- 价格实惠：极具竟争力，不需要连接CMM扫描臂或其他外部跟踪设备装置，且成本维护费用极低。 - 手持式设备:设备的外形和重量分布完全满足长期使用，不会导致出现肌肉和骨骼酸痛。

- 功能强大，使用界面友好:即使在狭小空间内使用都应用自如，可扫描任何尺寸、形状及颜色的物体。只需要极短的培训学习时间即可上手。

●应用与解决方案

1、 逆向工程与造型、设计和分析

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。激光扫描仪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。

- 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)

2、 检测

激光扫描仪是分析和报告几何尺寸与公差(G D&T)的一种完美检测设备。

直接生成STL文件，易于导入检测软件加以快速和后续处理。

适用于任何环境，激光扫描仪可助你任何尺寸的物体，生成检测和比色分析报告以及进行： - 非接触式检测

- 首件检测

- 供应商检测

- 部件-CAD对比检测

- 3D模型对比原部件/生产工具的符合性评估

- 制造部件对比原部件的符合性评估

3、其他应用：

此创新性的激光扫描仪的应用范围非常广泛，应用在航天空行、汽车制造业、生物力学、消费品、教育行业、文化遗产保护与建筑及制造应用等行业，已被证实具有强大的适用性和优异的性能表现。具体有3D扫描现有物体、3D存档、医疗应用、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。