激光扫描仪在翼子板测量中的应用

苏红磊 马维

Application of Laser Scanner in Wing Plate Measurement

SU Hong-lei MA Wei

摘要：激光扫描仪测量精度高，不会造成物体变形和损失，且速度快，操作简便，可以快速得到产品外形数据，缩短设计周期，对整个产品试制非常重要。以翼子板为例，从扫描仪标定到编辑扫描、导出，完成了部件的外形数据采集，并进行高光评价，分析了影响扫描精度的因素，进行了改进，结果表明，激光扫描仪获取产品设计初期数据，方便快捷，效果良好，可以满足曲面的高质量数字化应用需求。

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.

关键词：激光扫描仪;Icem Surf;逆向

Key words： laser scanner;Icem Surf;reverse

中图分类号：TP391.41;TN249                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）32-0224-02

0  引言

近年来，随着信息技术的高速发展，三维激光扫描技术广泛的应用于逆向工程、数字城市、文物修复等工程。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，属于非接触式的扫描，测量精度高，不会造成物体变形和损失。通常根据激光测量的有效距离进行分类，手持式Hand Scan 700激光扫描仪是短距离的激光扫描仪，不仅速度快且精度较高。本文以翼子板为研究对象，探讨在逆向工程中，应用激光扫描仪进行翼子板测量的要点及步骤。

1  激光扫描仪的介绍

1.1 激光扫描仪的工作原理

手持式Hand Scan 700激光扫描仪使用三角测量及双目镜观察，通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。简单来说就是扫描通过连续的发射激光，将空间信息以点云形式记录，采集范围较大。通常手持式三维激光扫描仪的测量方式有三种：①点测量，适合做物体表面形位公差检测用。②线测量，通过一段（一般为几公分，激光线过长会发散）有效的激光线照射物体表面，再通过传感器得到物体表面数据信息。③面测量，通过一组（一面光）光栅的位移，再同时经过传感器而采集到物体表面的数据信息。Hand Scan 700激光扫描仪属于线测量，基于所扫描部分的三维曲线的阵列，然后由面生成模型以输出处理。

1.2 激光扫描仪的特点

能够完成各种大小、内外以及逆向工程和形面三维检测应用，具备全局照相定位系统，安装方便，自定位技术，动态扫描，无需外部定位系统，采集数据时可以移动部件，实时表面渲染，自动表面生成，投影到对象上的激光随对象形状发生变形。在扫描时，摄像头会拍摄该特定形状并对它进行计算。

2  激光扫描仪工作流程

获取质量高的点云数据是逆向工程中重要的一步，首先将部件贴标，因为翼子板尺寸相对较大，为保证扫描精度，需要对扫描仪进行校准。在扫描部件过程中，先对贴标点进行扫描，扫描定位标点，优化定位模型，可以获得更精确的模型，然后调整相关参数，再进行部件扫描，扫描过程注意保持合理距离，扫描仪尽量保证与表面垂直，扫描完成将底部扫描的多余点云部分删除，保存网格，如图1所示。

2.1 部件准备

扫描准备阶段，对测量部件贴定位标点，标定点为微沾带黑色周圈的圆点，反光点随机粘贴部件表面，以不小于20mm为宜，因為翼子板曲率变化不大，所以点间距为100-150mm，这些定位点可以使得系统在空间中完成自定位，如图2所示，定位点应避免过密、线形排列或有规律分布，平坦区域需要的标点较少，弯曲区域需要的标点较多。能够保证扫描仪在扫描过程中每一次视角都能看到至少三个点，因此，贴标点多为任意三角形组合而成。