自动化3D扫描控制系统的制作流程

一、地面激光扫描系统1、概述地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。

二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。

这些点云数据可以直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。

2、工作原理三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。

三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。

X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。

获得P的坐标。

进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。

3、作业流程整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。

最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。

（1）、数据获取利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。

三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。

这些原始数据一并存储在特定的工程文件中。

其中选择的反射参照点都具有高反射特性，它的布设可以根据不同的应用目的和需要选择不同的数量和型号，通常两幅重叠扫描中应有四到五个反射参照点。

（2）、数据处理1) 数据预处理数据获取完毕之后的第一步就是对获取的点云数据和影像数据进行预处理，应用过滤算法剔除原始点云中的错误点和含有粗差的点。

对点云数据进行识别分类，对扫描获取的图像进行几何纠正。

2)数据拼接匹配一个完整的实体用一幅扫描往往是不能完整的反映实体信息的，这需要我们在不同的位置对它进行多幅扫描，这样就会引起多幅扫描结果之间的拼接匹配问题。

三维激光扫描仪应用于地形测量操作流程：第一步、建立工程及数据下载1.1 新建工程：点击工具栏“project”命令-“New”-选择工程在计算机中存贮位置并为工程命名；1.2设备连接：双击工程名在出现的对话框中点击“Instrument”命令并且在“Network”命令下设置IP 地址为“192.168.0.234”（对应扫描仪中IP地址）。

1.3 数据下载点击工具栏“HELP”-“download and convert”-选取需要的数据进行下载。

（可右键工程名称点”check all”全选所有数据）第二步、选取反射片或公共点。

在新接触RIEGL扫描仪或无明显公共特征地物的情况下不建议运用选取公共点进行点云数据的拼接，最好是每站摆设3个反射片来进行粗拼和坐标系的转换。

选取反射片一般在2D视图下灰度模式中的点云数据中选取在反射片的中心点击右键，选择“create tiepoint here”输入点名称（点名称应便于记住并且与选取的公共点区分开）在2D视图中选取反射片后，可在3D视图中拖入标记的反射片来检查标记的反射片位置是否正确，若发现反射片偏离，可在TPL中删除改点，在3D视图中重新选择。

第三步、导入外业实测反射片坐标（反射片坐标是用RTK测得）把外业RTK点(TXT格式或者CSV格式)导入TPL(GLCS)需要注意X6位Y7位;如果我们是用选取公共点进行站站之间的粗拼，或用反射片进行粗拼，可以在TPL(GLCS)中选取所有点右键，复制到TPL(PRCS)。

注意：一般我们在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，内业一般就可以不用进行粗拼，第四步可以跳过，所以我们不用将TPL(GLCS)中的点复制到TPL(PRCS)中。

第四步、粗拼粗拼就是将站站之间的位置在一定的误差范围内重合。

粗拼有三种方法一、在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，相对位置不会发生太大的变化，我们可以理解为已经粗拼完成。

三维扫描实验项目指导书（一）自动化三维扫描目录1................................................................................................................. 实验目的12.实验原理 (1)3.实验内容及步骤 (1)3.1开机 (1)3.2系统标定 (2)3・3转台手动操作 (10)3.4路径规划 (10)3・5修改自动化程序代码 (11)3.6自动化运行 (12)4.注意事项 (13)4.1使用注意事项 (13)4.2设备注意事项 (13)4. 3安全警告 (13)5.撰写实验报告 (14)1 •实验目的：(1)学习自动化三维扫描仪的调试及使用方法，初步学握空间曲面三维扫描的方法。

(2)具体了解点云数据处理流程，为逆向工程技术运用奠定基础。

2.实验原理：扫描仪工作原理：扫描吋，光栅投影装置投影数副特定编码的结构光到待测物体，成一定夹角的两个摄像头同步采集相应的图像，然后对图像进行编码和相位计算，利用三角形扫描原理、匹配技术，算解出两个摄像头公共视区内像素点得到三维坐标。

口动化三维扫描与检测系统由于其口动化程度高，可针对不同外形的产品进行最优扫描路径规划，从而高效完成检测任务，整个过程无需人为干预。

木实验使用的是武汉惟景三维科技有限公司所牛产的PowerScan-Auto系列自化扫描测量与检测系统，设备由以下工业级机械臂与PowerScan-Pro 1. 3M扫描仪组成。

PowcrScan-Prol. 3M扫描仪具体参数如卜：3 •实验内容及步骤：3・1、开机打开机器人控制柜电源，打开电脑。

打开PowerScan软件。

打开TCPIP软件，软件界面如图 1.1所示，在本地端口框中输入12548,连接端口框中输入5490,目标IP地址为192.168.125.5,协议选择为TCP Client,在最下面勾选十六进制接受框，点击连接按钮，将设备、机器人和软件连接起来。

三维扫描仪操作指导书工程训练中心工程综合训练部前言近年来，随着制造技术的飞速开展，一种新的制造概念改变了以前传统制造业的工艺过程。

这种新的制造思路是：首先对现有的产品模型进展实测，获得物体的三维轮廓数据信息，再进展数据重构，建立其CAD数据模型。

设计人员可在CAD模型上再进展改良和创新设计，最后获得的数据可直接输入到快速成型系统或者形成加工代码输入到数控加工中心，生成新的产品或其模具，最后通过实验验证，产品定型后再投入批量生产。

这一过程就被称为反求工程，它使产品的设计开发的周期大为缩短，其整个过程可用如下图描述。

反求工程系统可分为三局部：即数据的获取与处理系统；数据文件自动生成系统；自动加工成型系统。

其中物体三维轮廓数据的准确获取是整个反求工程的关键所在。

我们将要介绍的三维扫描仪就是用于物体三维轮廓数据的获取，它具有精度高，速度快，对工件无磨损，无接触变形，易装夹，易操作等优点，可广泛应用于汽车、电子通讯、玩具、制造行业。

第一章系统简介X H A3D三维扫描系统特点XHA3D三维扫描系统采用世界领先的光栅式照相技术，在短时间获取物体外表三维数据，广泛应用于模具设计、逆向工程、质量检测和控制、医学测量等领域，产品主要具有以下特点：扫描速度与精度的完美结合单面扫描时间少于10 秒；采用全自动拼接技术，拼接精度可达0.04mm/m。

非接触式扫描采用非接触光栅式照相扫描技术，防止了因扫描头磨损而影响精度，具有很高的稳定性。

适用于橡胶类、皮革类等外表易变形物体扫描。

操作简便操作界面简洁明了，初学者易上手，短时间可熟练操作。

采用安全的结构光光源ZRET系列三维扫描仪采用安全的结构光光源，对人体无伤害，对环境要求不敏感，不需要在暗室中操作。

全自动拼接运用标志点拼接技术，扫描过程中不用人为干预，对大型物体屡次拍摄，对复杂物体多角度扫描，可得到完整、准确的三维点云数据。

精细拼接采用独特的ICP(Iterative Closest Point)技术，将扫描所得数据的公共局部中所有点进展最优匹配运算，该算法拼合精度高、运算速度快，使工件的整体误差控制在一定围，解决了拼接过程中可能会出现的分层问题。

本技术公开了一种FSM3D面料高清扫描仪，其由机箱上盖、单反相机、机箱骨架、机箱侧板、放置扫描面料推拉式抽屉和拔插式扫描仪控制主机组成，机箱骨架设有六组LED光源和冷光片光源，其控制系统中PC电脑通过USB数据线连接到USB接口芯片，然后分成两路，一路接到单反相机，另一路通过USB转串口芯片连接到拔插式扫描仪控制主机，拔插式扫描仪控制主机通过光源开关连接控制六组LED光源和冷光片光源，拍照得到七张不同方向打光的图片，程序利用图片组合处理生成3D建模所需的材质贴图。

本技术的优点有：多角度打光扫描的技术方案，有效提高生成材质贴图的效率；程序自动化的扫描控制和自动贴图生成；具有先进的贴图合成算法。

技术要求1.一种FSM3D面料高清扫描仪，其特征在于：其由机箱上盖(1)、单反相机(2)、机箱骨架、机箱侧板、放置扫描面料推拉式抽屉(3)和拔插式扫描仪控制主机(4)组成，所述机箱骨架包括一号机箱骨架(5)、二号机箱骨架(6)和三号机箱骨架(7)，所述机箱侧板包括机箱两侧及底部U型侧板(8)、机箱前侧板(9)和机箱后侧板(10)，所述机箱两侧及底部U型侧板(8)、所述机箱前侧板(9)和所述机箱后侧板(10)组装成一体式机箱下部结构，所述放置扫描面料推拉式抽屉(3)设有在所述机箱前侧板(9)的下端，所述拔插式扫描仪控制主机(4)穿过所述机箱后侧板(10)插入机箱内部，所述一号机箱骨架(5)、所述二号机箱骨架(6)和所述三号机箱骨架(7)从上到下依次设置在所述机箱侧板内壁的卡块上，所述一号机箱骨架(5)上端设有装饰板(11)，所述装饰板(11)上端设有相机支撑隔板(12)，所述单反相机(2)设置在所述相机支撑隔板(12)与所述机箱上盖(1)之间，所述一号机箱骨架(5)、所述二号机箱骨架(6)和所述三号机箱骨架(7)均为四根骨架组成的正方形结构，所述二号机箱骨架(6)下端设有四组并联朝下照射光源(13)，所述三号机箱骨架(7)的上端设有四组并联朝上照射光源(14)，所述三号机箱骨架(7)下端的四个方向上分别设有单组光源，分别是：单组E方向光源(15)、单组S方向光源(16)、单组W方向光源(17)、单组N方向光源(18)，所述放置扫描面料推拉式抽屉(3)上设有底部冷光片光源(19)。

三维扫描仪操作规程三维扫描仪操作规程1 适用范围编码目标采集数：210个目标；刻度尺：d校准长度（≈1m/3.3ft）；基准距和视野：最短距离为1500mm，最长距离为3500mm；MetraSCAN的基准距：最小直径-70mm，最大直径-210m 最大距离300mm±100mm，与平面校准最大角度45度。

2 操作方法2.1 设备安装2.1.1 连接C-Track一端线路。

2.1.2 C-Track连接控制器。

2.1.3 连接数据线到扫描头。

2.1.4 连接扫描头数据线到控制器。

2.1.5 连接控制器电源。

2.1.6 网线连接控制器和电脑。

2.1.7 启动控制器开始预热。

2.1.8 启动软件，连接完成。

2.2 设备校准2.2.1 C-Track校准：选择C-Track校准命令，根据提示校准C-Track，校准过程中有三个方向，校准棒上的点药正对C-Track。

2.2.2 扫描头校准：扫描头对准球中心扫描，知道全部区域变成深绿色，软件会自动计算校准结果，点击优化，保存。

2.2.3 侧头校准：把校准锥固定好，侧头放在校准锥上时，高度与C-Track保持基本基本一样，前后距离合适，按侧头中键开始，侧头对齐红色标定位置，侧头上定位电朝向C-Track。

2.3 扫描参数设置和扫描2.3.1 开始扫描时，扫描头离产品约在30CM左右，同时注意C-Track能够跟踪识别，扫描头移动速度根据数据取情况自行调整。

2.3.2 一次扫描范围一般3米内最佳。

扫描过程中如果有遮挡C-Track跟踪物体，可移动在扫描。

2.3.3 对于黑色和反光物件，可以调整激光功率和曝光时间扫描。

2.3.4 对于小的产品需要小的分辨率扫描。

2.3.5 对于透明的产品，需要喷显像剂，再扫描。

2.3.6 扫描完成后，保存数据，关闭软件，断开设备电源，整理连接线。

3注意事项3.1 扫描仪要清拿轻放，切记不要乱扔包装箱和扫描设备。

3.2 扫描过程中不要将激光线正对人眼，尽管是二级激光对人体无伤害，但长时间对人眼会有其它后果。

一般我们提及”工厂”常默认为是物理工厂，但随着工业4.0的深化，建设数字化工厂已成为当前国内外企业建设的主流趋势。

建设数字化工厂是企业提高运维管理水平的客观需要，通过建设数字化工厂，可实现生产运营的数字化、模型化、可视化、集成化，从而提高企业劳动生产率、安全运行能力、应急响应能力、风险防范能力和科学决策能力。

数字化工厂是利用三维数字化技术，在计算机中构建一个物理工厂完整、精细、可维护的虚拟镜像。

数字化工厂解决方案，由三维数字化重建、三维数字化工厂基础平台、智能业务应用组成。

三维数字化建模是建设数字化工厂的基础，而三维激光扫描技术又为三维建模提供基础数据，配合专业三维软件构建三维模型，实现工厂装置的三维数字化。

数字工厂基础平台是数字工厂的核心，用以管理数字化重建的数据，支撑智能业务应用。

智能业务应用是数字工厂价值实现的途径，利用数字工厂完整、精细的工程信息和简单、易用三维人机交互，针对困扰工厂运行管理的业务问题，提供高效、便捷的智能化工具。

以下我们着重讲述三维扫描重建的问题。

通过三维扫描获取工厂现场点云数据的方式，相较于传统的测绘建模，具有成本低、效率高的优势，其构建的工程级三维模型（实体模型）不仅可准确表达工厂装置设备设施的外形和空间位置，还包含工程属性和拓扑连接关系，粒度可到零部件级别，可实现整体设备的三维数字化，有效支撑设备管理三维应用，是三维数字化工厂建设的主流趋势。

三维激光扫描采用三维激光扫描仪对现场进行三维激光扫描，即可获取精准的空间坐标信息及现场照片，确保三维模型的准确性。

三维激光扫描流程如下：(1 ) 现场勘查。

项目开始前对采集数据地点进行踏勘。

对其周围的地理环境，天气因素、人为影响做一个系统的了解，做好计划，防止采集数据发生的意外，同时规划扫描路线、精度及时间。

(2 ) 布站扫描。

三维激光扫描根据工厂的实际情况进行布站。

“全覆盖”指的是所需建模区域全部扫描，”重点抓“是指对于管线密集区，管线走向变更，管线仪表区进行重点高精度扫描，以确保360°无死角。

3D扫描讲解：开发人员可采用的五个基本步骤
是高级计算机辅助设计(ACAD)软件，该软件可通过切割和连接材料的虚
拟块来创建3D物体。

另一种常见的来源，同样也是DLP技术可以轻松方便实现的，是通过3D扫描仪。

3D扫描仪能使用一个或多个传感器以及附加的组件来记录和存储有关物体表面的信息。

这些信息可包括物体表面的空间位置、质地、反射率、透射率，还可能包括颜色。

高品质的扫描仪能快速提供多种物体的精确测量值，并且有着高分辨率及低创性;此类扫描仪易于使用，同时极具成本效益。

DLP技术可用于实现高品质扫描仪。

那么，3D扫描到底是如何进行的?以下有供参考的五个基本步骤：
1.采集(Acquisition)：物体的属性是通过传感器及其它元件测定的，测量值被存储起来供之后的处理。

采集过程通常从各种角度、分多个阶段实施，以确保所有相关细节信息都能被捕获。

2.记录(Registration)：从各个采集阶段获取的数据集会在一致的参考帧内被参考和校准，在测量值集之间建立联系，这有助于将测量值融入紧密结合的模型中。

3.泛化(Generalization)：在采集阶段，测量连续表面上的每个点是不太实际的，所以，测量数据是离散或非连续的。

为建立连续表面的模型，若干算法已经被开发出来，旨在正确地诠释测量值，并在数据点之间实现表面外插或填充。

4.融合(Fusion)：来自多个阶段的测量值被组合成单个物体。

该步骤可在泛化处理之前或之后实施。

对步骤3、步骤4和步骤5进行若干次迭代是必需的，以便产生一个精确的模型。

5.优化(Optimization)：要在目标应用中实现最佳使用效果，可重新格式。

家中轻松自制3D扫描仪（组图）
家中轻松自制3D扫描仪（组图）
2012/6/29
内容摘要：D扫描仪是一种将物体的三维图像输入电脑的设备，这种设备相当复杂，并且非常昂贵。

然而，只要从互联网上下载一个特殊程序，借助一个普通的网络摄像头和激光照明灯，就可以在家中自制三维扫描仪。

通过这种方法得出的三维扫描图虽然没有专业仪器扫描效果精美，但借助它可以全方位手动扫描物体，如果你愿意，还可以对同一物体扫描多次，然后叠加效果图，得到最佳三维扫描图。

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3D扫描仪是一种将物体的三维图像输入电脑的设备，这种设备相
当复杂，并且非常昂贵。

然而，只要从互联网上下载一个特殊程序，借助一个普通的网络摄像头和激光照明灯，就可以在家中自制三维扫描仪。

这种方法将比工厂制造的三维扫描仪更便宜。

首先，准备两张打印纸，从国宝程序PDF软件中下载指定驱动器。

之后将这两张纸粘贴在两个纸板或硬纸壳上，以90度角垂直方式，放置在角落里。

在正面安装网络摄像头，并按照指定的亮度和对比度进行调试。

之后，借助国宝程序所输入的图像，移动激光照明灯，扫描物体。

通过这种方法得出的三维扫描图虽然没有专业仪器扫描效果精美，但借助它可以全方位手动扫描物体，如果愿意，还可以对同一物体扫描多次，然后叠加效果图，得到最佳三维扫描图。

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