浅谈3D扫描仪的操作使用及逆向设计

刘爱山

摘 要：当今我国正在经历着翻天覆地的技术革新，在各个领域都不断发生着快速进步，从当年技术存在短板转变为现如今在世界占有一席之地，不得不说，科技发展实现了质的飞跃。在如此短的时间获得巨大的成绩，3D扫描仪的存在就显得尤为重要，通过传统测绘的方式，不仅工作量大，耗时长，而且测绘精度也很难保证，同时手工测绘的图纸资料还无法传输到三维软件中，很难进行精准快速的设计工作。本文就引入了3D扫描仪技术，通过对塑料件的自动扫描，自动拟合，生成了三维模型，直接导入到三维软件中进行逆向设计，缩短了测绘的时间，提高了测量精度，很好的解决了产品设计工期紧张的问题，在此技术的基础之上进行结构的优化，大大节省了人力和物力成本，提高了经济效益并提高了设计效果。现如今，3D扫描仪已经运用到各行各业，汽车、飞机、船舶、医疗等各个方面，在每个领域都提供了极大的技术支持。

关键词： 3D扫描; 逆向设计; 塑料件 ;空调蒸发箱

1 研究的内容与目标

1.1研究内容

本文研究内容包括3D扫描仪技术原理，设备状态，产品分类和试用范围，3D扫描仪的试用及保养规范以及在工程机械及汽车空调塑料件中的应用。

1.2研究目标

通过3D扫描仪设备对空调蒸发箱总成喷粉、贴点进行扫描，获得点云数据，通过CATIA或者UG等三维软件进行数据处理，进行逆向设计，获取三维模型，使得此三维模型可以运用在公司的设计工作中，进行优化设计处理。

2 研究情况

2.1扫描区域的选择

在扫描产品之前，通过判断产品的特性，进行产品位置摆放，选取合适的镜头进行扫描，以蒸发箱总成为例，蒸发箱总成首先进行整体扫描，其次拆解为各个部件进行扫描，蒸发箱壳体、内外循环壳体、风门、连杆等一系列零部件，数量多，结构复杂，需要保留整体结构，并同时要求细微结构的真实性，故采用三维扫描仪建模，就可以快速识别整套产品，缩短设计周期，增加数据精度，为后续的设计工作提升设计效率，增强设计数据的准确性。

2.2三维扫描仪设备的选择

三维扫描仪是通过扫描转换为点云数据为优质的三维网格数据，并提供全面的后处理功能。通过将测量数据跟CAD数据进行比较，分析假色图，二维截面或者检测点等内容，进行相关检测。一般三维扫描仪配备两种镜头，1.5mm和0.4mm分别应用于300镜头和SO 70镜头，CP40/MV700标定盘用于标定300镜头，CP40/MV100标定盘用于标定SO70镜头。选用合适的镜头进行贴点扫描快速获取点云数据，通过拟合，快速与三维软件接口对接，进行数据处理，逆向设计。为保证设备扫描精度，三维扫描仪所处的环境应该保证无尘、干燥、恒温、密闭空间，同时，要求扫描仪必须具备良好的便捷性，空间适应性及环境适应性。

2.3三维扫描过程

为了保证获取足够的点云数据，根据现场环境进行扫描仪的标定及测量点的布点数量，其次进行喷粉，贴点，最后一切准备完毕后进行扫描。

进行三维扫描要注意以下事项：1.扫描过程中应避免人员走动，造成不必要的精度误差;2.标定盘表面很容易受损，请勿用手直接接触其表面;3.使用与产品配套的标准工具箱的超微纤维布清洁标定盘表面，小心除尘，绝对不能过度试压;4.确保所有标定数据准确无误，否则可能导致系统测量系统获得测量数据不精确。5.喷粉应在开阔、通风处进行，对于吸光，反光的零件在扫描前需进行喷粉处理，静置15-20分钟（以显像剂风干为准），保证整个零件被显像剂覆盖。6.显像剂使用前需摇晃使其均匀;7.喷粉后的零件放置好，用镊子夹取坐标点贴到零件表面，切记不要出现三点及其以上共线，点尽量分布在零件的平整表面，由于两次扫描应有三个以上坐标点重合才能顺利拼接，应根据镜头的扫描范围适当调整贴点的密集度。8.对于较小的零部件，可将坐标点贴在转台上，此时测量过程中不应移动零件，以免改变零件与坐标点的相对位置，从而影响扫描精度。9.扫描过程中，需进行镜头的高度及角度调节，高度与角度调节过程中，应该保证零件始终处于镜头的最佳测量范围内，一般先调节角度后调节高度。

2.4设备存放环境要求及维护

描仪设备为高精密设备，其工作温度范围为5-40摄氏度，为保证其测量精度最好放置于20-26摄氏度环境温度下，设备应在无尘环境中存放，并注意保持室内卫生;2.镜头使用完毕后，应用镜盖将其盖上，以免进入灰尘;3.避免在震动大的工作环境中使用，影响标定精度;4.转台应置于平整地面，镜头校准周期为5-7天，更换镜头后必须校准;5.地面震动剧烈时，应增加镜头校准频率，系统提示镜头校准时需校准;6.镜头轻拿轻放，严禁磕碰，镜头禁止擦拭，应用清洁吹气球清除表面灰尘，使用后完毕电源。

2.5点云数据的逆向建模技术

扫描结束后，可通过3D扫描仪专用工作站进行点云的拟合，拼接，形成完成的数据点云，最后将拼接好的点云导出，对接到CATIA或者UG等三维软件进行设计研究。三维扫描仪实现了零部件的快速逆向，可以迅速获取点云，通过三维扫描仪直接获取的点云数据，不能快速连接到三维设计软件中，故通过工作站将拟合好的stl 文件与CATIA或者UG等软件对接，通过CATIA或者UG等软件的设计模块进行点云的处理，点线面获取数据进行逆向建模，获得所需的三维模型，为之后的设计建模工作，设计变更，结构优化设计等提供了基础，大大提高了设计工作的便捷性及准确度。

結束语

通过本次研究，了解了3D激光扫描设备的工作原理，掌握了3D扫描的操作方法和点云数据的逆向建模技术，解决了获取图纸信息难的问题，实现了从测量到建模，再到设计的无缝连接，为改装项目的全三维生产设计提供了坚实基础，通过技术人员的不断追求，在3D扫描仪提供的逆向设计便利性的基础之上，相信在未来会有更多的正向设计不断涌现，有了坚实的基础，科研水平一定会越来越好。

参考文献：

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