非接触式测量技术及综合应用

非接触式测量以光学成像为基础，结合计算机视觉技术和几何量测量原理，无需接触被测物体，具有分辨率高、采集数据快、全场测量、成本低和精度高等优点，已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗和古文物保护等领域。目前，非接触式测量已经成为精密工程重要的研究方向，并为我国精密工程发展战略提供有力的技术支撑。 本书综合和归纳了当前在逆向工程中常见的非接触式测量设备系统的工作原理、关键技术特点、操作规范等，并通过工程实践应用案例使读者能够掌握非接触式测量技术的基本理论、基本思想和基本方法，通过理论联系实际，便于读者更好地理解和掌握所学内容，并为进一步学习和研究测量技术理论与方法打下良好基础，具有广泛的适应性。编写本书的目的是给读者提供一个逆向工程中非接触式测量技术的学习平台。 本书可供高等院校机械、汽车、工业设计等相关专业的本科生和研究生作为学习教程及实践教材，对相关领域的专业工程技术人员也具有较高的参考价值。

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1 非接触式测量技术概述 1 1.1 非接触式测量分类及工作原理 1 1.1.1 声学测量法 1 1.1.2 磁学测量法 2 1.1.3 X 射线扫描法 2 1.1.4 电涡流测量法 4 1.1.5 结构光法 4 1.1.6 激光三角法 5 1.1.7 激光测距法 7 1.1.8 干涉测量法 7 1.1.9 图像分析法 9 1.2 非接触式测量关键技术特点 10 1.3 非接触式测量的应用 10 1.3.1 非接触式机器人测量系统 10 1.3.2 激光经纬仪测量系统 11 1.3.3 近景摄影测量系统 12 1.3.4 全站仪测量系统 14 1.3.5 三维激光扫描测量系统 15 1.4 非接触式测量的发展 16 2 光栅式扫描测量 17 2.1 光栅式扫描测量技术 17 2.2 ATOS 光栅式扫描测量系统 18 2.2.1 ATOS 系统组成 19 2.2.2 测量流程 20 2.3 鼠标的功能 21 2.3.1 鼠标左键和中键的功能 22 2.3.2 鼠标右键（RMB）的功能 23 2.4 测量头 23 2.4.1 标定 23 2.4.2 调整测量头到另外的测量体积 25 2.4.3 标定操作向导 25 2.5 测量流程 27 3 手持式激光测量 32 3.1 手持式激光测量技术 32 3.2 HandyScan700 测量系统 34 3.2.1 HandyScan700 系统组成 35 3.2.2 HandyScan700 测量策略 37 3.2.3 HandyScan700 系统的操作流程及使用方法 38 4 多模式手持式白光测量 49 4.1 多模式手持式白光测量扫描技术 49 4.1.1 白光测量技术概述 49 4.1.2 白光测量技术特点 49 4.2 EinScan 多模式手持式白光测量系统 50 4.2.1 EinScan 多模式手持式白光系统组成 50 4.2.2 EinScan 多模式手持式白光测量系统测量策略 51 4.3 EinScan 多模式手持式白光测量系统的操作流程及使用方法 52 4.3.1 硬件 52 4.3.2 软件界面 54 4.3.3 标定 56 4.3.4 适用扫描的物体范围 62 4.3.5 扫描模式介绍 62 4.4 扫描流程 63 4.5 快速扫描 64 4.5.1 扫描前设置 65 4.5.2 拼接模式 65 4.5.3 分辨率 66 4.6 激光扫描 66 4.6.1 扫描前设置 66 4.6.2 分辨率 67 4.6.3 框架点扫描 67 4.7 扫描测头按钮功能 68 4.8 扫描 68 4.8.1 预扫 68 4.8.2 相机视口显示 69 4.8.3 扫描距离 70 4.8.4 扫描设置 71 4.8.5 显示数据调整 74 4.8.6 开始扫描 74 4.8.7 拼接 74 4.9 暂停扫描 77 4.9.1 扫描暂停按钮 77 4.9.2 编辑数据 78 4.9.3 右击菜单 78 4.9.4 剪切面 79 4.9.5 生成点云 80 4.10 工程列表 80 4.10.1 新建/打开工程 81 4.10.2 当前工程 81 4.10.3 重命名工程 81 4.10.4 移除/删除 81 4.10.5 工程拼接 82 5 工业 CT 扫描测量 84 5.1 工业 CT 测量技术 84 5.2 Phoenix v 工业 CT 系统 89 6 常见的点云数据格式及处理流程 95 6.1 常见的点云数据格式 96 6.1.1 LAS/LAZ 文件格式 96 6.1.2 OBJ 文件格式 97 6.1.3 OFF 文件格式 98 6.1.4 PCAP 文件格式 99 6.1.5 PCD 文件格式 99 6.1.6 PLY 文件格式 100 6.1.7 PTS 文件格式 101 6.1.8 STL 文件格式 101 6.1.9 XYZ 文件格式 102 6.2 点云数据处理流程 103 6.2.1 点云处理的三个层次 103 6.2.2 低层次处理方法 103 6.2.3 中层次处理方法 104 6.2.4 高层次处理方法 105 7 Geomagic Design X 逆向建模 107 7.1 Geomagic Design X 系统组成 108 7.1.1 初始模块 108 7.1.2 模型模块 108 7.1.3 草图模块 109 7.1.4 3D 草图模块 109 7.1.5 对齐模块 109 7.1.6 曲面创建模块 109 7.1.7 点处理模块 110 7.1.8 多边形处理模块 110 7.1.9 领域划分模块 110 7.2 Geomagic Design X 系统操作流程及功能 111 7.2.1 工作界面 111 7.2.2 鼠标操作及快捷键 114 7.2.3 面板 115 7.2.4 精度分析和属性 120 7.2.5 底部工具栏 122 7.2.6 常用对话框控制命令图标 123 7.2.7 环境菜单 124 7.3 Geomagic Design X 多边形阶段处理技术 125 7.3.1 Geomagic Design X 多边形阶段简介 125 7.3.2 Geomagic Design X 多边形阶段处理工具 126 7.4 Geomagic Design X 精确曲面技术 129 7.4.1 Geomagic Design X 精确曲面阶段介绍 129 7.4.2 精确曲面阶段的主要操作命令 130 7.4.3 应用实例 131 8 非接触式扫描综合应用 143 8.1 非接触式扫描技术在艺术与设计方面的应用 143 8.2 非接触式扫描技术在医疗卫生方面的应用 148 8.3 非接触式扫描技术在科研教育方面的应用 153 8.4 非接触式扫描技术在机械制造方面的应用 155 8.4.1 冲压模具全生命周期管理 155 8.4.2 汽车钣金件冲压回弹检测及分析 157 8.4.3 焊接结构件变形检测 162 参考文献 170