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阮詩頌1，王淵明2，裴永生1

燕山大學(xué)車輛與能源學(xué)院，河北秦皇島066004；2·秦皇島煙草機械有限責任公司，河北秦皇島0660）

摘要：探索運用逆向工程來構(gòu)建三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的三維數(shù)學(xué)模型。該方法使用激光三坐標掃描測量儀對三維曲面網(wǎng)狀沖壓件進行非接觸式測量，得到三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的點云數(shù)據(jù)，再運用Geomagic對點云完成數(shù)據(jù)擬合，得到三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的數(shù)字化模型。

相比于以三坐標測量機(CMM)為代表的傳統(tǒng)測量網(wǎng)狀沖壓件三維坐標的接觸式坐標測量方法存在的測量速度慢、測量精度不高的不足，激光三坐標掃描測量儀測量的速度更快，測量的精度更高。

且Geomagic對點云完成數(shù)據(jù)擬合得到的數(shù)字化三維模型更貼合實際的模型，表明該方法切實可行。

關(guān)鍵詞：逆向工程；激光三坐標掃描；點云數(shù)據(jù)擬合；網(wǎng)狀沖壓件；Geomagic

DOI：10· 13330/j· issn. 1000·3940· 2018· 02· 030 中圖分類號：TG301 文標識碼：A 文章編號：1傭0 ·3940（2018）024182 £4

Research on reverse modeling Of 3D curved mesh stamping part

Ruan Shisong，Wang Yuanmmg Pei Yongsheng

（I. College of Vehicles and Energy，Yanshan University，Qinhuangdao 0660，China；2．Qinhuangdao Tobacco Machinery Co.，Ltd.，Qinhuangdao 066004，China)

Abstract：The three-dimensional mathematical model of 3D mesh stamping part constructed by reverse engineering was explored. In this method the 3D mesh stampmg part was non-contact measured by laser three-coordinate scanning measuring instrument，and the point cloud data of 3D mesh stamping part was obtained. Then the data fitting for point cloud was completed by Geomagic，and the digital model for 3D mesh stampmg part was obtained. Compared to disadvantages of slow speed and poor accuracy of the traditional contact measurement for 3D mesh stamping parts，such “ the three-coordinate measurmg machine（CMM），the speed is faster and the precision is higher by the laser three-coordinate scanning measuring instrument. In addition，the digital 3D model data fitted by Geomagic is closer to the actual model which showes the feasibility of the proposed method．

Key words：reverse engmeenng；laser three-coordinate scanning；point cloud data fitting；mesh stamping part；Geomagic

隨著工業(yè)對復(fù)雜曲面設(shè)計要求的增加以及輕量化的要求，有些薄板沖壓件開始采用網(wǎng)狀沖壓件，如圖1所示。

編輯

在構(gòu)建網(wǎng)狀沖壓件數(shù)字化三維模型問題上，傳統(tǒng)的建模方法已經(jīng)不能滿足工業(yè)設(shè)計的要求，因此逆向工程應(yīng)運而生。

逆向工程也稱反求工程，是根據(jù)實物模型測得的數(shù)據(jù)構(gòu)造出數(shù)字化三維模型，繼而將這些模型和設(shè)計表征用于產(chǎn)品的分析和制造，并且可以通過對重構(gòu)模型特征參數(shù)的調(diào)整和修改來達到對實物模型的逼近或優(yōu)化，以滿足展開研究，主要包括激光三坐標掃描儀的掃描過程以及利用點云數(shù)據(jù)對三維曲面網(wǎng)狀沖壓件曲面的擬合過程，最后得到合理的三維模型。

1激光三坐標掃描儀

傳統(tǒng)測量網(wǎng)狀沖壓件三維坐標的方法是以CMM 為代表的接觸式坐標測量儀，但是該設(shè)備測量速度漫，容易劃傷物體表面并且存在接觸壓力和半徑補償?shù)葐栴}。

三維激光掃描儀可以獲取實物模型的三維坐標信息而不用接觸構(gòu)件表面，避免了在高精度后續(xù)的加工要求，其是從數(shù)字化點的產(chǎn)生到數(shù)字化三維模型的一個推理過程

因此，發(fā)現(xiàn)本文針對曲面網(wǎng)狀沖壓件采用逆向建模的方法，就非數(shù)字化的三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的建模過程測量中測量力帶來的系統(tǒng)誤差和隨機誤差，且可方便實現(xiàn)對軟質(zhì)和超薄形物體表面形狀的測量[ 3 ]。

激光三坐標掃描儀基于激光的單色性、方向性、相干性和高亮度等特征，在注重測量速度和操作簡便的同時保證了測量的綜合精度，是一個多技術(shù)集成的測量系統(tǒng) 。

產(chǎn)匕戶采用非接觸式主動測量的方式，主要采用脈沖測距法獲取被測物體表面點集的坐標信息，最終模型各點坐標信息以點云的形式呈現(xiàn)，從而為逆向處理軟件提供被測物體的點、線、面以及體的三維坐標信息[ 5 ]。

三維激光掃描儀通過內(nèi)置伺服驅(qū)動馬達系統(tǒng)精密控制多面掃描棱鏡的轉(zhuǎn)動，決定激光束出射方向，從而使脈沖激光束沿橫軸方向和縱軸方向快速掃描，能夠方便快捷地獲取被測件的點云數(shù)據(jù)2激光三坐標掃描儀標定過程

編輯

2· 1標定前準備工作

相機參數(shù)標定是整個掃描系統(tǒng)精度的基礎(chǔ)，在掃描系統(tǒng)安裝完成后，第1次掃描前必須進行標定。另外，在掃描系統(tǒng)長時間未使用或經(jīng)過撞擊、振動等情況下也必須進行標定標定步驟如下。

（1） 先啟動專用計算機上的掃描系統(tǒng)，使掃描系統(tǒng)預(yù)熱5一10 min,確保掃描狀態(tài)與標定狀態(tài)盡可能接近，之后啟動軟件系統(tǒng)。

（2） 相機參數(shù)調(diào)整。通過“調(diào)整相機參數(shù)"對話框中的曝光、增益與對比度來調(diào)整亮度，并觀察相機實時顯示區(qū)，以便得到滿意的圖像質(zhì)量。

（3） 調(diào)整掃描距離。打開標定界面時，相機實時顯示區(qū)會顯示一個白色的“十"字，將相機實時顯示區(qū)劃分為2個等面積的區(qū)域，這時光柵投射器會投出一個黑色的“十"字，這樣會在一個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)兩個“十"字，將標定板放在視場中央，通過調(diào)整硬件系統(tǒng)的高度及俯仰角，盡量使這2個 “十"字重合。

（4） 調(diào)整標定板。根據(jù)界面左上角的指示操作，開始標定。每個步驟都要注意左側(cè)標志點提取顯示區(qū)，使板上的99個點均處于視場內(nèi)，且至少88個點提取成功才能進行標定操作。

2· 2光柵投射器標定

光柵投射器標定共分6個步驟完成。

（1） 標定板正對光柵投射器水平放置，放置方向為距離最近的并使面上有較近距離的2個白點的面向上放置，將標定板距設(shè)備600 mm，點擊“標定操作"，完成第1步標定。

（2） 將標定板距設(shè)備640 mm，點擊“標定操作"，完成第2步標定。

（3） 將標定板距設(shè)備560 mm,點擊“標定操作"，完成第3步標定。

（4） 標定板的放置方向水平轉(zhuǎn)過90。，距離最近的2個相鄰大點一側(cè)向右放置，將標定板距設(shè)備 600 mm,滿足條件后點擊“標定操作"，完成第4 步標定。

（5） 標定板的放置方向順時針轉(zhuǎn)過90。，距離最近的2個相鄰大點一側(cè)向下放置，將標定板距設(shè)備600 mm,滿足要求后點擊“標定操作"，完成第 5步標定，標定板的放置方向順時針轉(zhuǎn)過90。

距離最近的兩個相鄰大點一側(cè)向左放置，將標定板距設(shè)備600 mm,滿足條件后點擊“標定操作"，完成第6步標定。

2· 3相機標定步驟相機標定共分4步完成。

（1） 標定板正對相機，標定板的放置方向為順時針旋轉(zhuǎn)90。，距離最近的2個相鄰大點一側(cè)向上放置，將標定板距設(shè)備600 mm,滿足條件后點擊 “標定操作"，完成第7步標定。

（2） 標定板正對相機，標定板的放置方向為順時針旋轉(zhuǎn)90。，距離最近的2個相鄰大點一側(cè)向右放置，將標定板距設(shè)備600 mm,滿足條件后點擊 “標定操作"，完成第8步標定。

（3） 標定板正對相機，標定板的放置方向為順時針旋轉(zhuǎn)90。，距離最近的2個相鄰大點一側(cè)向下放置，將標定板距設(shè)備600 mm,滿足條件后點擊 “標定操作"，完成第9步標定。

（4） 標定板正對相機，標定板的放置方向為順時針旋轉(zhuǎn)90。，距離最近的2個相鄰大點一側(cè)向左放置，將標定板距設(shè)備600 mm,滿足條件后點擊 “標定操作"，完成第10步標定。

完成光柵投射器和相機的標定后，軟件系統(tǒng)會自動對采集到的圖像進行處理與計算，并在標定信顯示區(qū)給定標定結(jié)果，自此，即完成了全部的標定工作

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