激光掃描儀在翼子板測量中的應(yīng)用

蘇紅磊 馬維

Application of Laser Scanner in Wing Plate Measurement

SU Hong-lei MA Wei

摘要：激光掃描儀測量精度高，不會造成物體變形和損失，且速度快，操作簡便，可以快速得到產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)，縮短設(shè)計周期，對整個產(chǎn)品試制非常重要。以翼子板為例，從掃描儀標定到編輯掃描、導(dǎo)出，完成了部件的外形數(shù)據(jù)采集，并進行高光評價，分析了影響掃描精度的因素，進行了改進，結(jié)果表明，激光掃描儀獲取產(chǎn)品設(shè)計初期數(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：TP391.41;TN249? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0224-02

0? 引言

近年來，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)是一種先進的全自動高精度立體掃描技術(shù)，又稱為“實景復(fù)制技術(shù)”，屬于非接觸式的掃描，測量精度高，不會造成物體變形和損失。通常根據(jù)激光測量的有效距離進行分類，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象，探討在逆向工程中，應(yīng)用激光掃描儀進行翼子板測量的要點及步驟。

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量及雙目鏡觀察，通過發(fā)射激光來掃描獲取被測物體表面三維坐標和反射光強度的儀器。簡單來說就是掃描通過連續(xù)的發(fā)射激光，將空間信息以點云形式記錄，采集范圍較大。通常手持式三維激光掃描儀的測量方式有三種：①點測量，適合做物體表面形位公差檢測用。②線測量，通過一段（一般為幾公分，激光線過長會發(fā)散）有效的激光線照射物體表面，再通過傳感器得到物體表面數(shù)據(jù)信息。③面測量，通過一組（一面光）光柵的位移，再同時經(jīng)過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

能夠完成各種大小、內(nèi)外以及逆向工程和形面三維檢測應(yīng)用，具備全局照相定位系統(tǒng)，安裝方便，自定位技術(shù)，動態(tài)掃描，無需外部定位系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)時可以移動部件，實時表面渲染，自動表面生成，投影到對象上的激光隨對象形狀發(fā)生變形。在掃描時，攝像頭會拍攝該特定形狀并對它進行計算。

2? 激光掃描儀工作流程

獲取質(zhì)量高的點云數(shù)據(jù)是逆向工程中重要的一步，首先將部件貼標，因為翼子板尺寸相對較大，為保證掃描精度，需要對掃描儀進行校準。在掃描部件過程中，先對貼標點進行掃描，掃描定位標點，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)，再進行部件掃描，掃描過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云部分刪除，保存網(wǎng)格，如圖1所示。

2.1 部件準備

掃描準備階段，對測量部件貼定位標點，標定點為微沾帶黑色周圈的圓點，反光點隨機粘貼部件表面，以不小于20mm為宜，因為翼子板曲率變化不大，所以點間距為100-150mm，這些定位點可以使得系統(tǒng)在空間中完成自定位，如圖2所示，定位點應(yīng)避免過密、線形排列或有規(guī)律分布，平坦區(qū)域需要的標點較少，彎曲區(qū)域需要的標點較多。能夠保證掃描儀在掃描過程中每一次視角都能看到至少三個點，因此，貼標點多為任意三角形組合而成。