三维逆向扫描获取模胎胎线方法研究

冯亮亮

摘 要：针对三维逆向扫描中模胎胎线获取困难的问题，笔者对不同生产条件下模胎胎线获取的方法进行分类研究。在具有零件实样的条件下，采用统一定位、两次扫描的方法，可以快速获取模胎胎线数据。在扫描模胎实物刻线的条件下，使用辅助工具使模胎胎线特征化从而易于扫描获取。通过以上方法，在实际生产中显著提升了模胎胎线的三维逆向扫描效率和扫描质量。

关键词：三维逆向扫描;模胎胎线;工装划线

引言

在现阶段的航空产品生产制造过程中，由于模胎的三维数字模型缺失导致其修复困难的问题仍时有发生，如今应用三维激光扫描设备逆向获取工装形面的技术已经非常成熟，但是如何快速获取工装表面刻线仍然是逆向扫描工作中的一项难题。本文基于Creaform公司的一款手持式三维扫描设备，从生产实践出发，对不同生产条件下逆向获取模胎胎线的方法进行了一些论述和研究。

1.基于零件实样快速获取模胎胎线

1.1适用范围

已有按模胎形面制造并按胎线切割外缘的零件实样或辅助切割零件的套切样板，同时零件实样或套切样板由于回弹等因素与模胎形面存在偏差，不能直接用于扫描获取形面，或者零件实样或套切样板由于自身强度因素导致无法在扫描中保持自身形面的情况。

1.2扫描前准备

清洁模胎和零件表面，去除积尘、油污及金属碎屑等。部分模胎毁损严重，局部存在裂缝，应使用石蜡、橡皮泥等进行简单修复，避免影响后续采集数据准确性。模胎或零件表面如果呈金属亮或者黑色，适当喷涂少量顯影剂。

1.3扫描模胎形面

在工装待扫描表面粘贴定位标点，注意不要粘贴在胎线上，胎线（零件边缘）以外的区域也要粘贴足够的定位标点，至少满足逆向扫描三点定位要求，以便于后续扫描零件边缘时拓展识取粘贴在零件表面的定位标点。见图1。

创建扫描对话，扫描定位标点并保存定位标点文件，基于保存的定位标点扫描模胎的工作形面，扫描完成后分别保存对话和模胎形面曲面片。

1.4扫描零件外缘和内部开口

将零件实样或套切样板放置于模胎上，按定位孔或零件边缘进行定位，并使用胶带粘贴牢固。由于部分定位标点被零件覆盖，可以在零件上靠近边缘位置粘贴新的标点，以满足零件边缘扫描定位要求。

重新创建一个对话，不要在前一个对话中执行下面的操作。在新建对话中打开前面保存的定位标点文件，以原模胎上的标点为基准识取零件上新粘贴的标点位置。保存新的定位标点文件，基于新的定位标点扫描零件外缘和内部开口边缘，分别保存对话和零件边缘曲面片。

1.5用CAD软件处理扫描数据

在CAD软件中分别导入模胎形面扫描文件和零件边缘扫描文件，由于作为扫描基准的定位标点统一，两个扫描文件的空间位置与实际状态一致，见图2。可以直接应用模胎形面的扫描结果设计模胎（零件）的几何形面，应用零件边缘的扫描结果设计零件外缘和内部开口。

2.使用辅助工具扫描模胎胎线

2.1适用范围

不具备按模胎制造的零件实样或辅助切割零件的套切样板，模胎胎线只能按模胎上的实际刻线进行识取的情况。

2.2扫描前准备

扫描前需要对模胎胎线进行特征化处理，通过粘贴辅助工具使胎线边缘增厚，从而能够被扫描设备清晰识别。粘贴硅胶垫块能够相对较快速的表达出胎线的直线或近似直线的特征，见图4。同时，可以通过粘贴在圆弧的三个切点来确定圆角位置。硅胶垫块本身具有较好的弹性和直线度，同时易于分割和使用，在选购时避免选择白色或黑色相近颜色，以免影响扫描效率和扫描质量。

2.3用CAD软件处理扫描数据

在CAD软件中把硅胶垫块的有效端面与模胎形面相交，即得到局部胎线的位置。需要注意的是对垫块有效端面的区分，必要时可以画出示意图。

3.提高扫描速度

3.1设置合适的扫描分辨率

根据扫描结果的应用需求设置合适的扫描分辨率。分辨率数值越大扫描速度越快，反之越慢。

3.2亮面和黑色面喷显影剂

对亮面和黑色面需要喷涂适量的显影剂以提高扫描速度。显影剂喷涂工作应在粘贴定位标点之前完成，以避免造成定位标点污损。如果不确定扫描对象的反光或吸光情况，可以在反光或吸光最强的位置进行试扫。

3.3提高定位标点密度

由于工作空间限制、反光或吸光导致扫描速度缓慢的情况下，可以通过适当提高定位标点的密度来提高扫描速度。

4.结束语

基于零件实样快速获取模胎胎线的方法在实际生产中显著地提升了模胎类工装的扫描效率和扫描质量，同时也有效地减少了逆向设计人员的工作量。使用辅助工具扫描的方法作为一种有效补充，在实际生产中也被经常采用。相信随着激光扫描技术和图像处理技术的不断发展，直接应用扫描设备获取工装刻线将成为可能。