激光掃描儀在翼子板測(cè)量中的應(yīng)用

蘇紅磊 馬維

Application of Laser Scanner in Wing Plate Measurement

SU Hong-lei MA Wei

摘要：激光掃描儀測(cè)量精度高，不會(huì)造成物體變形和損失，且速度快，操作簡(jiǎn)便，可以快速得到產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)，縮短設(shè)計(jì)周期，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品試制非常重要。以翼子板為例，從掃描儀標(biāo)定到編輯掃描、導(dǎo)出，完成了部件的外形數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行高光評(píng)價(jià)，分析了影響掃描精度的因素，進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)果表明，激光掃描儀獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期數(shù)據(jù)，方便快捷，效果良好，可以滿足曲面的高質(zhì)量數(shù)字化應(yīng)用需求。

Abstract： Laser scanner has high measurement accuracy， does not cause object deformation and loss， and is fast and easy to operate. It can quickly obtain product shape data and shorten the design cycle. It is very important for the trial production of the whole product. Taking the fender as an example， from scanner calibration to editing， scanning and exporting， the shape data acquisition of components is completed， and the high-light evaluation is carried out. The factors affecting the scanning accuracy are analyzed and improved. The results show that laser scanning can obtain the initial data of product design， which is convenient， fast and effective， and can meet the requirements of high-quality digital application of surface.

關(guān)鍵詞：激光掃描儀;Icem Surf;逆向

Key words： laser scanner;Icem Surf;reverse

中圖分類號(hào)：TP391.41;TN249? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）32-0224-02

0? 引言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)廣泛的應(yīng)用于逆向工程、數(shù)字城市、文物修復(fù)等工程。三維激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)，又稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，屬于非接觸式的掃描，測(cè)量精度高，不會(huì)造成物體變形和損失。通常根據(jù)激光測(cè)量的有效距離進(jìn)行分類，手持式Hand Scan 700激光掃描儀是短距離的激光掃描儀，不僅速度快且精度較高。本文以翼子板為研究對(duì)象，探討在逆向工程中，應(yīng)用激光掃描儀進(jìn)行翼子板測(cè)量的要點(diǎn)及步驟。

1? 激光掃描儀的介紹

1.1 激光掃描儀的工作原理

手持式Hand Scan 700激光掃描儀使用三角測(cè)量及雙目鏡觀察，通過(guò)發(fā)射激光來(lái)掃描獲取被測(cè)物體表面三維坐標(biāo)和反射光強(qiáng)度的儀器。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是掃描通過(guò)連續(xù)的發(fā)射激光，將空間信息以點(diǎn)云形式記錄，采集范圍較大。通常手持式三維激光掃描儀的測(cè)量方式有三種：①點(diǎn)測(cè)量，適合做物體表面形位公差檢測(cè)用。②線測(cè)量，通過(guò)一段（一般為幾公分，激光線過(guò)長(zhǎng)會(huì)發(fā)散）有效的激光線照射物體表面，再通過(guò)傳感器得到物體表面數(shù)據(jù)信息。③面測(cè)量，通過(guò)一組（一面光）光柵的位移，再同時(shí)經(jīng)過(guò)傳感器而采集到物體表面的數(shù)據(jù)信息。Hand Scan 700激光掃描儀屬于線測(cè)量，基于所掃描部分的三維曲線的陣列，然后由面生成模型以輸出處理。

1.2 激光掃描儀的特點(diǎn)

能夠完成各種大小、內(nèi)外以及逆向工程和形面三維檢測(cè)應(yīng)用，具備全局照相定位系統(tǒng)，安裝方便，自定位技術(shù)，動(dòng)態(tài)掃描，無(wú)需外部定位系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)時(shí)可以移動(dòng)部件，實(shí)時(shí)表面渲染，自動(dòng)表面生成，投影到對(duì)象上的激光隨對(duì)象形狀發(fā)生變形。在掃描時(shí)，攝像頭會(huì)拍攝該特定形狀并對(duì)它進(jìn)行計(jì)算。

2? 激光掃描儀工作流程

獲取質(zhì)量高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是逆向工程中重要的一步，首先將部件貼標(biāo)，因?yàn)橐碜影宄叽缦鄬?duì)較大，為保證掃描精度，需要對(duì)掃描儀進(jìn)行校準(zhǔn)。在掃描部件過(guò)程中，先對(duì)貼標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行掃描，掃描定位標(biāo)點(diǎn)，優(yōu)化定位模型，可以獲得更精確的模型，然后調(diào)整相關(guān)參數(shù)，再進(jìn)行部件掃描，掃描過(guò)程注意保持合理距離，掃描儀盡量保證與表面垂直，掃描完成將底部掃描的多余點(diǎn)云部分刪除，保存網(wǎng)格，如圖1所示。

2.1 部件準(zhǔn)備

掃描準(zhǔn)備階段，對(duì)測(cè)量部件貼定位標(biāo)點(diǎn)，標(biāo)定點(diǎn)為微沾帶黑色周圈的圓點(diǎn)，反光點(diǎn)隨機(jī)粘貼部件表面，以不小于20mm為宜，因?yàn)橐碜影迩首兓淮螅渣c(diǎn)間距為100-150mm，這些定位點(diǎn)可以使得系統(tǒng)在空間中完成自定位，如圖2所示，定位點(diǎn)應(yīng)避免過(guò)密、線形排列或有規(guī)律分布，平坦區(qū)域需要的標(biāo)點(diǎn)較少，彎曲區(qū)域需要的標(biāo)點(diǎn)較多。能夠保證掃描儀在掃描過(guò)程中每一次視角都能看到至少三個(gè)點(diǎn)，因此，貼標(biāo)點(diǎn)多為任意三角形組合而成。