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來源：FORGING & STAMPING TECHNOLOGY

作者：阮詩頌（sòng）1，王淵明2，裴永生1

燕山大學車輛與（yǔ）能源學院，河北秦皇島066004；2·秦皇島煙草機械有限責任公司，河北（běi）秦（qín）皇島0660）

摘要：探索運用逆向工程來構建（jiàn）三維曲麵網狀衝（chōng）壓件的三維數學模型。

該方法使（shǐ）用激光三坐標掃描測量儀對三維曲麵網狀衝壓件進行非接觸式測量，得到三維曲麵網狀衝壓件的點雲數據，再（zài）運用Geomagic對（duì）點雲完成數據擬合，得到三維曲麵（miàn）網（wǎng）狀衝壓件的數字化模（mó）型。

相比於（yú）以三坐標（biāo）測量機(CMM)為代表的傳統測量網狀衝壓件三維（wéi）坐標的（de）接觸式坐標測量方法（fǎ）存在的測量速度慢、測量精度不高的不足，激光三坐標（biāo）掃描測（cè）量儀測量的速度更快，測量的精（jīng）度（dù）更高。

且Geomagic對點雲完成數據擬合得到的數字化三維（wéi）模（mó）型更貼合實際的模型，表明該方法（fǎ）切實（shí）可行。關鍵（jiàn）詞：逆向工程；激光三（sān）坐（zuò）標掃描；點雲數據（jù）擬合；網狀衝壓件；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（biān）號（hào）：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（gōng）業對複雜曲麵設計要求的（de）增加以及輕量化的要求（qiú），有些薄板衝壓件開始采用（yòng）網狀衝壓件，如圖1所示。

編輯

在構建網狀衝壓件數字化三維模（mó）型問題上，傳統的建（jiàn）模方法已經不能滿足工（gōng）業設計的要求（qiú），因此逆向（xiàng）工程應運而（ér）生。

逆向工程也稱反求工程，是根（gēn）據實物模型測得的數據構造出數字化三維模型，繼（jì）而將（jiāng）這些模型和設計表征用於產品的分析和（hé）製（zhì）造，並且可以通過對重構（gòu）模型（xíng）特征參數的調整和修改來達到對實（shí）物模型的逼近或（huò）優化，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（lì）用點雲（yún）數據對三維曲麵網狀衝壓件（jiàn）曲麵的擬合過程，最後得到合理的三維模型。

1、激光三坐標掃描儀

傳統測量網狀衝壓件三維（wéi）坐標的（de）方法是以CMM 為代表的接觸式坐標（biāo）測量儀，但是該（gāi）設備測量速（sù）度漫，容易劃傷物體表麵並且存在接觸壓力和半徑補償等問題。

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

因此，發現本（běn）文針對曲麵網狀衝壓件采用逆向建模的方法，就非數字化的三維曲麵網狀衝壓件的建模過程測量中測量力帶來的係統誤（wù）差和隨（suí）機誤差，且可方便實現對軟質（zhì）和超薄形物體表麵形狀的測量[ 3 ]。

激（jī）光三坐標掃描儀基於激光的單色性、方向性、相幹性和（hé）高亮度（dù）等特征，在注（zhù）重測量速度和操作簡便的同時保（bǎo）證了測量的綜合精度，是一個（gè）多技（jì）術集成的測量係統。

產匕戶（hù）采用非接觸式主動測量的方式，主要采用脈衝測距法獲取被測物體（tǐ）表麵點集的坐標信息（xī），最終模型各點坐標信息以（yǐ）點雲的形（xíng）式呈現，從而（ér）為逆向處理軟件提供被測物體的點、線、麵以（yǐ）及體的三維坐標信息[ 5 ]。

三維激光掃（sǎo）描儀（yí）通過內置伺服驅動馬達係統精密控製多麵掃描棱（léng）鏡的轉動，決定激光束出射方向（xiàng），從（cóng）而使脈衝激光束沿橫軸方向和縱軸方（fāng）向快速掃描，能夠方便快捷地獲取被測件的點（diǎn）雲（yún）數據

2、激光三坐標掃描儀標定（dìng）過程

2· 1標定前準備工作

相機參數標定是整個掃描係統（tǒng）精度的基礎，在掃描係統安裝完（wán）成後，第1次掃描前必須進行標定。另（lìng）外，在掃描係統長時間未使用或經過撞（zhuàng）擊（jī）、振動等情況下也必須進行標定7。標定步驟如下。

（1） 先啟動專用（yòng）計算機上的掃描（miáo）係統（tǒng），使掃描係（xì）統預熱5一10 min,確保掃描狀態與標定狀態盡可能接近，之後啟（qǐ）動軟（ruǎn）件係統。

（2） 相機參數調整。通過“調整相機參（cān）數"對話框中的曝光、增益與對比度來調整亮度，並（bìng）觀察相機實（shí）時顯示區，以便得到滿意的圖像質量。

（3） 調整掃描距離。打開標（biāo）定界（jiè）麵時，相機實時顯示區會顯示（shì）一個白色（sè）的“十"字，將（jiāng）相機實（shí）時顯（xiǎn）示區劃分為2個等麵積的區域（yù），這時光柵投射（shè）器會投出一個黑色的“十"字，這樣會在一（yī）個區（qū）域內出現兩個“十"字，將標定板放在視場中央，通過調整硬件係統的（de）高度及（jí）俯仰角，盡量使這2個 “十"字重合。

（4） 調整標定板。根據界麵左上角的（de）指示操作，開始標定。每個步驟都要注意左側標誌點提取顯示區，使板上的99個點均處於視場內，且至少88個點提取成（chéng）功才能進行標（biāo）定操作（zuò）。

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（biāo）定板（bǎn）正對光柵（shān）投射器水平放置，放置方向為距離最近的並使麵上有較近距離的2個（gè）白點的麵向上放置，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，點擊“標定（dìng）操作"，完成第2步標定。

（3） 將（jiāng）標定板距設備560 mm,點擊“標定操作"，完成第3步標定。

（4） 標定板的放置（zhì）方向水平轉過90。，距離最近的（de）2個（gè）相鄰大點一側向右放置，將標定（dìng）板距設備 600 mm,滿足條件後點擊“標定（dìng）操作"，完成第4 步標定。

（5） 標定板的放（fàng）置方向順時針轉過90。，距離最近的（de）2個相鄰大點一側向下放置，將標定板距設備600 mm,滿足要求後點擊“標（biāo）定操作"，完成第 5步標定

（6） 標定板的放置方向順（shùn）時針轉過90。，距（jù）離最近的兩個相鄰大點一側向左放置，將標定板距設備600 mm,滿足條件後點擊“標定（dìng）操作"，完成第（dì）6步標定。

2· 3相（xiàng）機標定步驟相機（jī）標定共分4步（bù）完成。

（1） 標定板正對相機，標定板的放置方向為順時針旋轉90。，距（jù）離最近的2個相鄰（lín）大點一側向上放（fàng）置，將標定板距設備600 mm,滿足條件後點（diǎn）擊（jī） “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90。距離最近的2個相鄰大點一側向（xiàng）右放置，將標定板距設備600 mm,滿足條件後點擊 “標定操（cāo）作（zuò）"，完成第（dì）8步標定。

（3） 標定板正對相機，標（biāo）定板的放置（zhì）方向為順（shùn）時針旋轉90。距離最近的2個相鄰大點一側向下放（fàng）置，將標定板距設備（bèi）600 mm,滿足條件後點（diǎn）擊 “標定操（cāo）作"完成第9步標定。