三維逆向掃描獲取模胎胎線方法研究

馮亮亮

摘 要：針對三維逆向掃描中模胎胎線獲取困難的問題，筆者對不同生產(chǎn)條件下模胎胎線獲取的方法進行分類研究。在具有零件實樣的條件下，采用統(tǒng)一定位、兩次掃描的方法，可以快速獲取模胎胎線數(shù)據(jù)。在掃描模胎實物刻線的條件下，使用輔助工具使模胎胎線特征化從而易于掃描獲取。通過以上方法，在實際生產(chǎn)中顯著提升了模胎胎線的三維逆向掃描效率和掃描質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：三維逆向掃描;模胎胎線;工裝劃線

引言

在現(xiàn)階段的航空產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，由于模胎的三維數(shù)字模型缺失導(dǎo)致其修復(fù)困難的問題仍時有發(fā)生，如今應(yīng)用三維激光掃描設(shè)備逆向獲取工裝形面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是如何快速獲取工裝表面刻線仍然是逆向掃描工作中的一項難題。本文基于Creaform公司的一款手持式三維掃描設(shè)備，從生產(chǎn)實踐出發(fā)，對不同生產(chǎn)條件下逆向獲取模胎胎線的方法進行了一些論述和研究。

1.基于零件實樣快速獲取模胎胎線

1.1適用范圍

已有按模胎形面制造并按胎線切割外緣的零件實樣或輔助切割零件的套切樣板，同時零件實樣或套切樣板由于回彈等因素與模胎形面存在偏差，不能直接用于掃描獲取形面，或者零件實樣或套切樣板由于自身強度因素導(dǎo)致無法在掃描中保持自身形面的情況。

1.2掃描前準備

清潔模胎和零件表面，去除積塵、油污及金屬碎屑等。部分模胎毀損嚴重，局部存在裂縫，應(yīng)使用石蠟、橡皮泥等進行簡單修復(fù)，避免影響后續(xù)采集數(shù)據(jù)準確性。模胎或零件表面如果呈金屬亮或者黑色，適當噴涂少量顯影劑。

1.3掃描模胎形面

在工裝待掃描表面粘貼定位標點，注意不要粘貼在胎線上，胎線（零件邊緣）以外的區(qū)域也要粘貼足夠的定位標點，至少滿足逆向掃描三點定位要求，以便于后續(xù)掃描零件邊緣時拓展識取粘貼在零件表面的定位標點。見圖1。

創(chuàng)建掃描對話，掃描定位標點并保存定位標點文件，基于保存的定位標點掃描模胎的工作形面，掃描完成后分別保存對話和模胎形面曲面片。

1.4掃描零件外緣和內(nèi)部開口

將零件實樣或套切樣板放置于模胎上，按定位孔或零件邊緣進行定位，并使用膠帶粘貼牢固。由于部分定位標點被零件覆蓋，可以在零件上靠近邊緣位置粘貼新的標點，以滿足零件邊緣掃描定位要求。

重新創(chuàng)建一個對話，不要在前一個對話中執(zhí)行下面的操作。在新建對話中打開前面保存的定位標點文件，以原模胎上的標點為基準識取零件上新粘貼的標點位置。保存新的定位標點文件，基于新的定位標點掃描零件外緣和內(nèi)部開口邊緣，分別保存對話和零件邊緣曲面片。

1.5用CAD軟件處理掃描數(shù)據(jù)

在CAD軟件中分別導(dǎo)入模胎形面掃描文件和零件邊緣掃描文件，由于作為掃描基準的定位標點統(tǒng)一，兩個掃描文件的空間位置與實際狀態(tài)一致，見圖2?？梢灾苯討?yīng)用模胎形面的掃描結(jié)果設(shè)計模胎（零件）的幾何形面，應(yīng)用零件邊緣的掃描結(jié)果設(shè)計零件外緣和內(nèi)部開口。

2.使用輔助工具掃描模胎胎線

2.1適用范圍

不具備按模胎制造的零件實樣或輔助切割零件的套切樣板，模胎胎線只能按模胎上的實際刻線進行識取的情況。

2.2掃描前準備

掃描前需要對模胎胎線進行特征化處理，通過粘貼輔助工具使胎線邊緣增厚，從而能夠被掃描設(shè)備清晰識別。粘貼硅膠墊塊能夠相對較快速的表達出胎線的直線或近似直線的特征，見圖4。同時，可以通過粘貼在圓弧的三個切點來確定圓角位置。硅膠墊塊本身具有較好的彈性和直線度，同時易于分割和使用，在選購時避免選擇白色或黑色相近顏色，以免影響掃描效率和掃描質(zhì)量。

2.3用CAD軟件處理掃描數(shù)據(jù)

在CAD軟件中把硅膠墊塊的有效端面與模胎形面相交，即得到局部胎線的位置。需要注意的是對墊塊有效端面的區(qū)分，必要時可以畫出示意圖。

3.提高掃描速度

3.1設(shè)置合適的掃描分辨率

根據(jù)掃描結(jié)果的應(yīng)用需求設(shè)置合適的掃描分辨率。分辨率數(shù)值越大掃描速度越快，反之越慢。

3.2亮面和黑色面噴顯影劑

對亮面和黑色面需要噴涂適量的顯影劑以提高掃描速度。顯影劑噴涂工作應(yīng)在粘貼定位標點之前完成，以避免造成定位標點污損。如果不確定掃描對象的反光或吸光情況，可以在反光或吸光最強的位置進行試掃。

3.3提高定位標點密度

由于工作空間限制、反光或吸光導(dǎo)致掃描速度緩慢的情況下，可以通過適當提高定位標點的密度來提高掃描速度。

4.結(jié)束語

基于零件實樣快速獲取模胎胎線的方法在實際生產(chǎn)中顯著地提升了模胎類工裝的掃描效率和掃描質(zhì)量，同時也有效地減少了逆向設(shè)計人員的工作量。使用輔助工具掃描的方法作為一種有效補充，在實際生產(chǎn)中也被經(jīng)常采用。相信隨著激光掃描技術(shù)和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，直接應(yīng)用掃描設(shè)備獲取工裝刻線將成為可能。