1 非接觸式測量技術概述 1

1.1 非接觸式測量分類及工作原理  1

1.1.1 聲學測量法  1

1.1.2 磁學測量法  2

1.1.3 X 射線掃描法  2

1.1.4 電渦流測量法  4

1.1.5 結構光法  4

1.1.6 激光三角法  5

1.1.7 激光測距法  7

1.1.8 干涉測量法  7

1.1.9 圖像分析法  9

1.2 非接觸式測量關鍵技術特點  10

1.3 非接觸式測量的應用  10

1.3.1 非接觸式機器人測量繫統  10

1.3.2 激光經緯儀測量繫統  11

1.3.3 近景攝影測量繫統  12

1.3.4 全站儀測量繫統  14

1.3.5 三維激光掃描測量繫統  15

1.4 非接觸式測量的發展  16



2 光柵式掃描測量 17

2.1 光柵式掃描測量技術  17

2.2 ATOS 光柵式掃描測量繫統  18

2.2.1 ATOS 繫統組成  19

2.2.2 測量流程  20

2.3 鼠標的功能  21

2.3.1 鼠標左鍵和中鍵的功能  22

2.3.2 鼠標右鍵（RMB）的功能  23

2.4 測量頭  23

2.4.1 標定  23

2.4.2 調整測量頭到另外的測量體積  25

2.4.3 標定操作向導  25

2.5 測量流程  27



3 手持式激光測量 32

3.1 手持式激光測量技術  32

3.2 HandyScan700 測量繫統  34

3.2.1 HandyScan700 繫統組成  35

3.2.2 HandyScan700 測量策略  37

3.2.3 HandyScan700 繫統的操作流程及使用方法  38



4 多模式手持式白光測量 49

4.1 多模式手持式白光測量掃描技術  49

4.1.1 白光測量技術概述  49

4.1.2 白光測量技術特點  49

4.2 EinScan 多模式手持式白光測量繫統  50

4.2.1 EinScan 多模式手持式白光繫統組成  50

4.2.2 EinScan 多模式手持式白光測量繫統測量策略  51

4.3 EinScan 多模式手持式白光測量繫統的操作流程及使用方法  52

4.3.1 硬件  52

4.3.2 軟件界面  54

4.3.3 標定  56

4.3.4 適用掃描的物體範圍  62

4.3.5 掃描模式介紹  62

4.4 掃描流程  63

4.5 快速掃描  64

4.5.1 掃描前設置  65

4.5.2 拼接模式  65

4.5.3 分辨率  66

4.6 激光掃描  66

4.6.1 掃描前設置  66

4.6.2 分辨率  67

4.6.3 框架點掃描  67

4.7 掃描測頭按鈕功能  68

4.8 掃描  68

4.8.1 預掃  68

4.8.2 相機視口顯示  69

4.8.3 掃描距離  70

4.8.4 掃描設置  71

4.8.5 顯示數據調整  74

4.8.6 開始掃描  74

4.8.7 拼接  74

4.9 暫停掃描  77

4.9.1 掃描暫停按鈕  77

4.9.2 編輯數據  78

4.9.3 右擊菜單  78

4.9.4 剪切面  79

4.9.5 生成點雲  80

4.10 工程列表  80

4.10.1 新建/打開工程  81

4.10.2 當前工程  81

4.10.3 重命名工程  81

4.10.4 移除/刪除  81

4.10.5 工程拼接  82



5 工業 CT 掃描測量 84

5.1 工業 CT 測量技術  84

5.2 Phoenix v 工業 CT 繫統  89



6 常見的點雲數據格式及處理流程 95

6.1 常見的點雲數據格式  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 點雲數據處理流程  103

6.2.1 點雲處理的三個層次  103

6.2.2 低層次處理方法  103

6.2.3 中層次處理方法  104

6.2.4 高層次處理方法  105



7 Geomagic Design X 逆向建模 107

7.1 Geomagic Design X 繫統組成  108

7.1.1 初始模塊  108

7.1.2 模型模塊  108

7.1.3 草圖模塊  109

7.1.4 3D 草圖模塊  109

7.1.5 對齊模塊  109

7.1.6 曲面創建模塊  109

7.1.7 點處理模塊  110

7.1.8 多邊形處理模塊  110

7.1.9 領域劃分模塊  110

7.2 Geomagic Design X 繫統操作流程及功能  111

7.2.1 工作界面  111

7.2.2 鼠標操作及快捷鍵  114

7.2.3 面板  115

7.2.4 精度分析和屬性  120

7.2.5 底部工具欄  122

7.2.6 常用對話框控制命令圖標  123

7.2.7 環境菜單  124

7.3 Geomagic Design X 多邊形階段處理技術  125

7.3.1 Geomagic Design X 多邊形階段簡介  125

7.3.2 Geomagic Design X 多邊形階段處理工具  126

7.4 Geomagic Design X 精確曲面技術  129

7.4.1 Geomagic Design X 精確曲面階段介紹  129

7.4.2 精確曲面階段的主要操作命令  130

7.4.3 應用實例  131



8 非接觸式掃描綜合應用 143

8.1 非接觸式掃描技術在藝術與設計方面的應用  143

8.2 非接觸式掃描技術在醫療衛生方面的應用  148

8.3 非接觸式掃描技術在科研教育方面的應用  153

8.4 非接觸式掃描技術在機械制造方面的應用  155

8.4.1 衝壓模具全生命周期管理  155

8.4.2 汽車鈑金件衝壓回彈檢測及分析  157

8.4.3 焊接結構件變形檢測  162



參考文獻  170

隨著科學技術和工業的發展，現代工業的生產效率越來越高。測量技術在質量控制、逆向工程、自動化生產以及生物醫學工程等方面的綜合應用日益重要。傳統的接觸式測量技術存在測量時間長、需進行補償、不能測量彈性或脆性材料等局限性，因而不能滿足現代工業發展的需要。近年來伴隨著光學件的廣泛應用，非接觸式測量技術已經成為十分重要的測量方法和手段之一，逐漸成為研究熱點。

非接觸式測量方法以光電、電磁、超聲波等技術為基礎，在儀器件不與被測物體表面接觸的情況下，即可獲取被測物體的各種外表或內在的數據特征，可以遠距離、非破壞性地對待測物體進行測量，對物體影響小，同時也避免過於限制待測物體，適應復雜環境能力強，尤其對高溫、高速、大變形、破壞等工況研究有常規測量無法比擬的優勢。其測量基於光學原理，具有高效率、無破壞性、工作距離大等特點，可以對物體進行靜態或動態的測量。此類技術應用在產品質量檢測和工藝控制中，可大大節約生產成本，縮短產品的研制周期，大大提高產品的質量，因而備受人們的青睞。典型的非接觸式測量方法包括激光三角法、電渦流測量法、超聲波測距法、立體視覺法等。

本書內容共 8章。前 6章分別討論了非接觸式測量工作原理、關鍵技術特點、應用和發展，以及光柵式掃描測量、手持式激光測量、多模式手持式白光測量、工業 CT掃描測量、常見的點雲數據格式及處理流程，詳細闡述了部分常用的光學法和非光學法測量技術及相應的測量儀器，並結合相關測量方法說明了這些非接觸測量方法的原理、優缺點、精度及適用範圍。為便於讀者的學習和應用，爭取做到重方法、重應用、重能力的培養。第 7章介紹了 Geomagic Design X逆向建模的操作基本方法與步驟。第 8章通過綜合應用實例進行了適當的理論性分析，指出了未來非接觸測量技術的發展趨勢。通過本書的學習，讀者可掌握非接觸式測量技術的基本理論和基本方程，掌握應用 Geomagic Design X進行逆向建模的操作方法，加深對逆向工程中非接觸式測量技術的理解。

本書的主要特色：①本書內容既繫統又簡明、既重視理論又強調實際，包括了非接觸式測量技術的基本原理及使用方法，便於有關工程技術人員閱讀，亦可作為工科院校相關專業的本科生和研究生教材；②本書介紹了實用有效的非接觸式測量技術方法，便於解決實際工程中的測量問題，讀者學完之後，可以將所學應用於解決一些實際問題；③本書包含工程實際中的多種非接觸式測量技術的實例，便於培養出理論與實際相結合、把所學理論應用於實際以解決工程問題的科技人纔。

本書第 1~4章、第 8章由石光林編寫，第5、6章由尹輝俊編寫，第 7章由羅信武編寫。在本書撰寫過程中，參考了一些國內外資料。在此，謹向參考文獻作者表示衷心感謝。本書的編寫也得到了柳州市 36中劉麗老師、柳州市鑫鼎科技有限公司高聰以及廣西科技大學研究生劉文選、陳嘉鍵、姚雪穎、商搏世、王文楓、趙帥等的大力支持，在此表示衷心感謝。

限於水平，本書中一些缺漏和不當之處，敬請讀者不吝批評指正。



編著者

2022年3月