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來(lái)源：FORGING & STAMPING TECHNOLOGY

作者：阮詩(shī)頌1，王淵明2，裴永生1

燕山大學(xué)車(chē)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(lái)構建三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的三維數學(xué)模型。

該方法使用激光三坐標掃描測量?jì)x對三維曲面網(wǎng)狀沖壓件進(jìn)行非接觸式測量，得到三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的點(diǎn)云數據，再運用Geomagic對點(diǎn)云完成數據擬合，得到三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的數字化模型。

相比于以三坐標測量機(CMM)為代表的傳統測量網(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?jì)x測量的速度更快，測量的精度更高。

且Geomagic對點(diǎn)云完成數據擬合得到的數字化三維模型更貼合實(shí)際的模型，表明該方法切實(shí)可行。關(guān)鍵詞：逆向工程；激光三坐標掃描；點(diǎn)云數據擬合；網(wǎng)狀沖壓件；Geomagic

DOI：10· 13330/j· issn. 1000·3940· 2018· 02· 030 中圖分類(lèi)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(zhù)工業(yè)對復雜曲面設計要求的增加以及輕量化的要求，有些薄板沖壓件開(kāi)始采用網(wǎng)狀沖壓件，如圖1所示。

編輯

在構建網(wǎng)狀沖壓件數字化三維模型問(wèn)題上，傳統的建模方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足工業(yè)設計的要求，因此逆向工程應運而生。

逆向工程也稱(chēng)反求工程，是根據實(shí)物模型測得的數據構造出數字化三維模型，繼而將這些模型和設計表征用于產(chǎn)品的分析和制造，并且可以通過(guò)對重構模型特征參數的調整和修改來(lái)達到對實(shí)物模型的逼近或優(yōu)化，以滿(mǎn)足展開(kāi)研究，主要包括激光三坐標掃描儀的掃描過(guò)程以及利用點(diǎn)云數據對三維曲面網(wǎng)狀沖壓件曲面的擬合過(guò)程，最后得到合理的三維模型。

1、激光三坐標掃描儀

傳統測量網(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?jì)x，但是該設備測量速度漫，容易劃傷物體表面并且存在接觸壓力和半徑補償等問(wèn)題。

三維激光掃描儀可以獲取實(shí)物模型的三維坐標信息而不用接觸構件表面，避免了在高精度后續的加工要求，其是從數字化點(diǎn)的產(chǎn)生到數字化三維模型的一個(gè)推理過(guò)、口程[ 2 ]

因此，發(fā)現本文針對曲面網(wǎng)狀沖壓件采用逆向建模的方法，就非數字化的三維曲面網(wǎng)狀沖壓件的建模過(guò)程測量中測量力帶來(lái)的系統誤差和隨機誤差，且可方便實(shí)現對軟質(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(jiǎn)便的同時(shí)保證了測量的綜合精度，是一個(gè)多技術(shù)集成的測量系統。

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

三維激光掃描儀通過(guò)內置伺服驅動(dòng)馬達系統精密控制多面掃描棱鏡的轉動(dòng)，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(diǎn)云數據

2、激光三坐標掃描儀標定過(guò)程

2· 1標定前準備工作

相機參數標定是整個(gè)掃描系統精度的基礎，在掃描系統安裝完成后，第1次掃描前必須進(jìn)行標定。另外，在掃描系統長(cháng)時(shí)間未使用或經(jīng)過(guò)撞擊、振動(dòng)等情況下也必須進(jìn)行標定7。標定步驟如下。

（1） 先啟動(dòng)專(zhuān)用計算機上的掃描系統，使掃描系統預熱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(dòng)軟件系統。

（2） 相機參數調整。通過(guò)“調整相機參數"對話(huà)框中的曝光、增益與對比度來(lái)調整亮度，并觀(guān)察相機實(shí)時(shí)顯示區，以便得到滿(mǎn)意的圖像質(zhì)量。

（3） 調整掃描距離。打開(kāi)標定界面時(shí)，相機實(shí)時(shí)顯示區會(huì )顯示一個(gè)白色的“十"字，將相機實(shí)時(shí)顯示區劃分為2個(gè)等面積的區域，這時(shí)光柵投射器會(huì )投出一個(gè)黑色的“十"字，這樣會(huì )在一個(gè)區域內出現兩個(gè)“十"字，將標定板放在視場(chǎng)中央，通過(guò)調整硬件系統的高度及俯仰角，盡量使這2個(gè) “十"字重合。

（4） 調整標定板。根據界面左上角的指示操作，開(kāi)始標定。每個(gè)步驟都要注意左側標志點(diǎn)提取顯示區，使板上的99個(gè)點(diǎn)均處于視場(chǎng)內，且至少88個(gè)點(diǎn)提取成功才能進(jìn)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(gè)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(gè)白點(diǎn)的面向上放置，將標定板距設備600 mm，點(diǎn)擊“標定操作"，完成第1步標定。

（2） 將標定板距設備640 mm，點(diǎn)擊“標定操作"，完成第2步標定。

（3） 將標定板距設備560 mm,點(diǎn)擊“標定操作"，完成第3步標定。

（4） 標定板的放置方向水平轉過(guò)90。，距離最近的2個(gè)相鄰大點(diǎn)一側向右放置，將標定板距設備 600 mm,滿(mǎn)足條件后點(diǎn)擊“標定操作"，完成第4 步標定。

（5） 標定板的放置方向順時(shí)針轉過(guò)90。，距離最近的2個(gè)相鄰大點(diǎn)一側向下放置，將標定板距設備600 mm,滿(mǎn)足要求后點(diǎn)擊“標定操作"，完成第 5步標定

（6） 標定板的放置方向順時(shí)針轉過(guò)90。，距離最近的兩個(gè)相鄰大點(diǎn)一側向左放置，將標定板距設備600 mm,滿(mǎn)足條件后點(diǎn)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(shí)針旋轉90。，距離最近的2個(gè)相鄰大點(diǎn)一側向上放置，將標定板距設備600 mm,滿(mǎn)足條件后點(diǎn)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(shí)針旋轉90。距離最近的2個(gè)相鄰大點(diǎn)一側向右放置，將標定板距設備600 mm,滿(mǎn)足條件后點(diǎn)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(shí)針旋轉90。距離最近的2個(gè)相鄰大點(diǎn)一側向下放置，將標定板距設備600 mm,滿(mǎn)足條件后點(diǎn)擊 “標定操作"完成第9步標定。