新型自由曲面三维激光扫描系统

从机械结构、控制系统及操作系统结构等几个角度介绍一种三维激光扫描系统设计方案。系统集成了先进的数据处理技术、激光扫描技术、先进控制技术及机器人技术,有效地借助于光机电一体化技术实现了表面检测及三维表面模型重构智能化及自动化。系统由具有电驱动装置的激光测头、C形滑臂、升降旋转台、电控系统及主控计算机组成。通过所设置测量参数,系统能够对不同的被测物体进行扫描路径规划,进而通过激光测头、C形滑臂及转台的全自动协调控制完成无盲点三维表面测量任务。试验结果表明,该三维激光扫描系统的扫描精度达到0.1mm,速度为10000点/s,能够应用于小型工件及模型、模具表面数据检测及模型重构。

三维自由曲面的激光扫描测量

目前对三维自由曲面的测量大多采用三坐标测量机进行单点测量 ,然后用计算机图形学有关理论进行曲面拟合 ,选不同的测量点得到的拟合曲面也就不同。三维激光扫描系统很好地解决了这一问题 ,实现了三维自由曲面快速、精确、方便地测量。

基于三维激光扫描技术的曲面变形监测

研究采用双三次插值方法对点云数据拟合曲面函数,建立曲面模型,并通过多期观测建立的模型获取测区的整体变形信息。试验结果表明,在地表实测点处此方法获取的沉降值与传统水准测量方法测定的沉降值比较吻合,三维激光扫描技术在地表变形监测中具有较高的实用价值。

三维激光扫描曲面重构算法研究

围绕三维激光扫描曲面重构做了以下工作:(1)分析了三维激光扫描仪的工作原理;(2)研究了利用多层感知器神经网络用于曲面重构,提出了基于多层感知器网络的曲面重构算法(M LPSR)。为了有效评估算法的性能,通过CYRAX 2500实测数据并利用M ATLAB环境进行仿真实验,结果表明:这种算法具有较高的重构精度和较快的重构速度,尤其在曲面受到破坏或不完全时特别有效,是值得推广的曲面重构算法。

采用激光扫描点云拟合自由曲面的重构特性研究

三维激光扫描仪可快速获取物体表面离散点云,研究了离散点云曲面拟合以及提高曲面品质的方法。讨论了控制点、曲面阶次、节点数等因素对曲面重构精度的影响,控制顶点的增减与位置改变直接导致重构曲面控制网格的变化和曲面拟合精度,对于百万点云数量,剖分为100个四边域面片,选用60～80个控制点比较适宜。通过提高曲面拟合阶次和节点数,可有效提高曲面重构精度,当曲面阶次为4×4,节点数为5×5,光顺系数为0.7000时,曲面-点云最大偏差为0.0408 mm。

激光转镜扫描系统中自由曲面f-θ物镜的设计

为了满足扫描系统高分辨率、大工作面、小型化的需要,设计了一款具有衍射受限聚焦能力的超广角f-θ物镜。在此基础上,针对五面转镜引起f-θ物镜入瞳偏移从而导致系统分辨率降低、线性畸变增大的问题进行了分析,计算得到光瞳偏移量与扫描转角存在非对称分布的非线性关系。采用在系统中引入含有奇次高阶项自由曲面校正光瞳漂移的方法,在ZEMAX软件中利用多重结构对f-θ转镜扫描系统建模优化设计,并给出了设计实例。该物镜采用远摄型结构,有效减小了扫描系统总体长度及透镜尺寸。结果表明,经优化校正后,f-θ物镜性能得到显著改善,在其扫描角度115°范围内,线性畸变小于0.5%,60%以上能量集中在半径30μm圆内。该f-θ扫描系统具有结构紧凑、分辨率高、线性畸变小等优点,有良好的适用性。

激光扫描技术在自由式滑雪运动员三维人体模型建立中的应用

为了缩短体育运动中人体运动技能分析过程人体模型构建周期和提高构建精度。采用激光扫描技术,对自由式滑雪运动员在助滑阶段的几个主要动作进行数据采集,以"实物-设计意图-三维重构-再设计"框架为流程,建立自由式滑雪运动员三维人体模型。研究发现在采用激光扫描技术得到表面的几何数据基础上,人体模型的构建还要经过数据拼合、简化、三角化、去噪等预处理,再进行测量数据分块、曲面拟合,最终进行模型重构。探讨了运动生物力学研究领域人体模型构建的新方法,提高人体模型构建效率,为体育科学人体运动研究提供基础模型。

基于激光线扫描传感器的大自由曲面测量系统

大型自由曲面的测量对于逆向工程、产品质量检测等具有重要意义。基于激光线扫描传感器与可大范围运动的工业机器人手臂,提出了一种非接触、高效率的测量方法。论述了测量系统的原理与组成结构,研究了自由曲面的数据处理技术,着重分析了系统所采用的点云拼合方法。实验结果表明:该方法能够实现较高精度的测量,对大型自由曲面的测量效果也较为理想。

基于三维激光扫描与复杂曲面重构技术赋能产品开发创新设计

以电吹风出风口原件为载体,提出创新动态设计与智慧制造的新方式。通过对原型进行采集前打磨与修复处理,对原型喷涂显像剂提高对比度,利用三维激光扫描技术采集原型点云,并进行数据修复封装得到STL数据。从已有STL数据基础上还对其进行曲面重构,参考出风口实体,提取STL的参数特征进行曲面重建,特征参数再建立。以已有的电吹风造型为依据,参考三维扫描到的STL数据,创新设计新的电吹风出风口模型。通过3D打印方式对创新的模型进行快速制造,验证新的出风口设计的可行性。动态设计与制造方式能有效解决目前市面上的产品各零件间衔接与功能失衡问题,通过对创新模型进行反复设计与试制,验证其可靠性,选取最优的创新方案,为量产产品迭代提供依据。该创新设计可以达到以数据赋能开发效果。

三维内曲面轮廓非接触式激光扫描图象测量

三维内曲面轮廓的非接触式精密测量是计测领域中的一个难题。本文基于光机电一体化的思想，针对非球型回转体内轮廓的非接触式测量，提出了激光扫描图象测量法，论述其测量原理，介绍了测量系统的特点和组成．对这一技术的研究．将有助于零件的在线非接触式测量，尤其是在恶劣的工业环境下的测量。

新型三维激光扫描系统曲面重构技术

为了克服现有逆向工程装备价格昂贵且不能满足实时测量的缺点,提出了一种新型成本低、扫描速度快的三维激光自由曲面扫描系统。针对该系统的曲面重构问题,提出神经网络曲面重构方案,网络的输入选取所获得的点云数据的X、Y坐标,网络的输出则选取点云数据的Z坐标。比较了径向基神经网络(RBFNN)和多层前馈神经网络(MLPNN)两种典型神经网络曲面重构方案的优缺点。实验结果表明:RBFNN对于离散点云的曲面重构精度比MLPNN重构的精度高,但RBFNN较MLPNN所需的隐层神经元个数多。

自由曲面三维激光测量系统设计与开发

快速、准确、高效获取自由曲面密集点的三维数据是逆向工程的关键问题。设计并开发了一种基于单点激光头的自由曲面三维激光测量系统,通过一套二维精密机械移动装置控制单点激光头匀速运动,从而获取完整的三维图像;解决了激光头与平移装置同步控制、系统数据采集与软件同步接收等关键技术;实验结果证明了这套三维测量系统可用于自由曲面高精度原型数据采集。

三维激光扫描技术在曲面展开中的应用

敦煌莫高窟的穹窿形佛龛是在沙砾岩的岩体中掏出来的,然后在佛龛中进行雕塑和绘画。由于当时的技术不够发达,佛龛的曲面有大量人为因素的存在,造成不同的地方曲率不同。为了在平面上显示立体细节,需要将穹隆形佛龛展开在二维的图纸上,本文提出用断面法解决佛龛展开的问题,在三维点云数据上制作横、纵断面,绘制平面图,提高了曲面展开为平面的精度(即提高了平面表达曲面的精度),为曲面测量提供了新的解决办法。

基于BIM和三维激光扫描仪的GRG多曲面弧形吊顶材料验收

针对敦煌大剧院项目观众厅复杂的多曲面弧形GRG(玻璃纤维加强石膏板)吊顶验收问题进行了研究。以新型科技设备三维激光扫描仪与BIM技术运用相结合,改变了传统验收方式,即通过逆向建立BIM现场实际模型并与设计模型相对比,进行误差分析,保证了工程施工验收质量,具有一定的推广价值。

三维激光扫描仪自由设站法在施工期水工隧洞变形监测中的应用

针对施工期水工隧洞工况恶劣、环境复杂多变的特点,设计了一种三维激光扫描仪自由设站的监测方法,通过在隧道顶部设置固定不动的若干个靶球作为公共基准点,将每期扫描的点云都通过公共点配准到相同的坐标系统下,通过专业三维变形分析软件计算出隧洞在施工期的变形情况。该方法无需在隧洞中事先布设固定观测墩,极大降低了观测成本,且观测实施过程受到施工干扰小,通过实际案例论证,该应用能够有效提取施工期水工隧洞的三维形变。

三维激光扫描技术在异型建筑曲面幕墙中的应用研究

传统测量方式对于异型建筑的曲面幕墙定位工作程序复杂且费时费力,通过应用三维激光扫描技术,以中央美术学院青岛校区为研究对象,阐述了在该类项目中的技术流程,并且利用TrimbleRealWorks和AutoCAD后期处理软件对点云数据建模,提取幕墙定位点并计算为后期加工提供了精确的数据支持。

三旋转自由度激光经纬仪的扫描数学模型

首先给出二旋转自由度激光经纬仪的铅垂面扫描方程和圆锥面扫描方程的推演结果 ,然后着重推演三旋转自由度激光经纬仪的扫描方程 ,其中包括绕竖轴 (主轴 )旋转生成的单叶双曲面扫描方程、绕横轴 (副轴 )旋转的单叶双曲面扫描方程以及绕视准轴 (第三轴 )旋转的给定方位的平面扫描方程。

基于三维激光扫描的建筑物变形监测方法

首先介绍了运用激光点云技术进行变形监测的步骤;再利用NURBS法构建三维模型进行整体变形分析,同时利用重心法提取特征点坐标进行局部变形分析,突破了传统以点代面的分析方式;然后通过误差分析,论证了该方法可行性;最后与传统监测方法进行了比较。

金属板材激光加热三维成形扫描策略的研究现状

金属板材激光加热成形是一种无模成形新技术,适用于三维曲面件的小批量生产及新产品的试制。文章综述了激光加热三维成形扫描策略研究的最新动态,分析了激光扫描路径规划与工艺参数的确定方法,对目前扫描策略规划普遍存在的问题进行了总结。认为要实现复杂曲面的精确成形,不仅要加强激光加热三维成形机理研究,进一步揭示目标曲面与扫描策略之间的内在联系,提高扫描策略的通用性以及加工过程的自动化,还要加强热成形工艺实现自动数控反馈控制,以降低初始状态及其他不确定因素对成形精度的影响。

结合全站式三维扫描与建筑设计坐标的复杂曲面检测

针对赛道复杂双曲面结构的高精度要求,以及无BIM模型加以参照这一现状,本文以北京冬奥会雪车雪橇赛道为例,首先采用全站式三维激光扫描仪对赛道混凝土喷射形成的曲面进行扫描,并结合建筑设计坐标完成夹具剖面特征点检测;然后依据设计三维坐标进行建模;最后将模型与扫描点云数据进行对比检测,生成三维色谱图,以掌握任意点的偏差值。结果表明,该方法既能进行关键特征点位的检测,又能全面掌握整个复杂曲面的偏差情况,满足测量的高精度要求,可为今后此类复杂曲面检测工程提供思路与技术参考。