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轉發自：鍛壓技術

作者：阮詩頌1，王淵明2，裴永生1

燕山大（dà）學車輛與能（néng）源學院，河北（běi）秦皇島066004；

2·秦（qín）皇（huáng）島煙草機械有限責任公司，河北秦皇島0660）

摘要（yào）：探索運（yùn）用逆向工程來構建三維曲麵網狀衝壓件的三維數學（xué）模型（xíng）。

該方法使用激光三坐標掃描測量儀對三維曲麵網狀衝壓件進行非（fēi）接觸式測量，得到三維曲麵網狀衝壓件的點雲數據，再運用Geomagic對點雲完成（chéng）數據擬合，得到三維曲麵網狀衝壓件的數字化模型。

相比於（yú）以三坐標測量機(CMM)為代表（biǎo）的傳統測（cè）量網狀衝壓件三維坐標的接觸式坐標測量方法存在的測量速度慢（màn）、測量精度不（bú）高的不足（zú），激光三坐標掃描測量儀測量的速度更快，測量的精（jīng）度更高。

且Geomagic對（duì）點雲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（fāng）法切實可（kě）行。

關鍵詞：逆向工程；激光三坐標掃（sǎo）描；點雲數據擬合；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

隨著工業對複雜曲麵設（shè）計要求的增加以及輕（qīng）量化的要求，有些薄板（bǎn）衝壓件開（kāi）始采（cǎi）用網狀衝壓件，如圖1所示。

在構建網狀衝壓件數字（zì）化三維（wéi）模型問（wèn）題上，傳（chuán）統的建模方（fāng）法已（yǐ）經不能滿足工業設計的要求，因此逆向工程應運而生[ 1。

逆向（xiàng）工程也稱反求（qiú）工程，是根據實物模型測得的數據構造出數字化（huà）三（sān）維模（mó）型（xíng），繼而將（jiāng）這些（xiē）模型和設計表征用於產品的分析和製造

並且可以通過對重（chóng）構模型特征參數的（de）調整和修改來達到（dào）對實物模型的逼近或優（yōu）化，以滿（mǎn）足後續的加工要求，其（qí）是從數字化點的產生到數（shù）字化三維模型的一個推理過、口程[ 2 ]

因此，發現本文（wén）針對曲麵網狀衝（chōng）壓件采用逆向建模的（de）方法（fǎ），就非數字化的三維曲麵網狀衝壓件的建模（mó）過程展開研究

主要包括激光三坐標掃描儀的（de）掃描過（guò）程以及利用點雲數據對三維曲麵網狀衝壓件曲麵的擬合過程，最後得到合理的三（sān）維模型。

1激光三坐標（biāo）掃描儀

傳統測量網狀衝壓件三維坐標的方法是以CMM 為（wéi）代表的接觸式坐標測量儀，但是該設備測（cè）量速度漫，容易劃傷物體表麵並且存在接觸（chù）壓力和半徑補償（cháng）等問題。

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（yòng）接觸構件表麵，避免了在高精度測量中測量力帶來的係統誤差和隨（suí）機誤（wù）差，且可方便實現對（duì）軟質和超薄形物體表麵（miàn）形狀的測量[ 3 ]。

激光（guāng）三坐標掃描儀基於激光的單（dān）色性、方向（xiàng）性、相幹（gàn）性（xìng）和高亮度等特征，在注重測量（liàng）速度和操作簡便的（de）同時保證了測量的綜合精度，是一個多技（jì）術集成的（de）測量（liàng）係統[ 4 。]

產匕戶采用非接觸式主動測量的（de）方式，主要采（cǎi）用脈衝測距法獲取被測物體表麵點集的坐標信息（xī），最（zuì）終模型各點坐標信息以點雲（yún）的（de）形（xíng）式（shì）呈現，從而為逆向處（chù）理軟（ruǎn）件提供被測物體的點、線、麵以及體的三維坐標信息[ 5 ]。

三維激光（guāng）掃（sǎo）描儀通過（guò）內置伺服驅動馬達係統精密控製多（duō）麵掃描棱鏡的轉動，決定激光束出射方向，從而使脈衝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（de）點雲數據

2激光三坐（zuò）標掃描儀標定過程

2· 1標定前準備工作（zuò）

相機參數標定是整個掃描係統精度的基礎，在掃描係統安裝完成後，第1次掃描前必須進行標定（dìng）。另外，在掃描係統長時（shí）間未使用或經過撞擊、振動等情況下（xià）也必須（xū）進行標定7。標定步驟如下。

（1） 先（xiān）啟動專用計算機上的掃描係（xì）統，使掃（sǎo）描係（xì）統預熱5一10 min,確保掃描狀態與（yǔ）標（biāo）定（dìng）狀態（tài）盡可能接近，之後啟動軟件係統。

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

（3） 調（diào）整掃描距離。打開標定界（jiè）麵時，相機實時（shí）顯示（shì）區會顯（xiǎn）示一個白色的“十"字，將相機（jī）實時顯示區劃分為2個等麵積的區域

這（zhè）時光柵投射器會投出一個黑色的“十"字，這樣會在一個（gè）區域（yù）內出現（xiàn）兩個“十"字，將標定板放（fàng）在視場中央，通過調整硬件（jiàn）係統的（de）高度及俯仰角，盡量使這2個 “十"字重合。

（4） 調整標定板。根據界麵左上角的指示操作，開始標定。

每個步驟都要注意左側標誌（zhì）點（diǎn）提取顯示區，使板上的99個點均處於視場（chǎng）內，且至少88個點提取成功才（cái）能進行標定（dìng）操作。

2· 2光（guāng）柵投射器標定（dìng）

光柵投射器標定共分6個步驟完（wán）成（chéng）。

（1） 標定板正對光柵投射器水平放置，放（fàng）置方向為（wéi）距離最近的並使麵上（shàng）有較近距離的2個白點的麵向上放置，將標定板（bǎn）距設備600 mm，點擊（jī）“標定操作"，完成第（dì）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） 將標定板距設備560 mm,點擊“標定操作"，完成第3步標定。

（4） 標定板的放置方（fāng）向水平轉過90。，距離最近的2個相（xiàng）鄰大點一（yī）側向右放置，將標定板距設備 600 mm,滿足條件後（hòu）點擊“標定操作"，完成第4 步標定。

（5） 標定（dìng）板的（de）放置方向順時針轉過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“標定操作（zuò）"，完成第 5步標定

（6） 標定板（bǎn）的放置方向順時針轉過90。，距離最近的兩個（gè）相鄰大點一側向左放置，將標（biāo）定板距（jù）設備600 mm,滿足條件後點擊“標定操作"，完成第

6步標定。

2· 3相機標定步驟（zhòu）相機標定共分4步完成。

（1） 標定板正（zhèng）對相機，標定板的放（fàng）置方向為順時針旋（xuán）轉90。，距離最近的2個相鄰大點一側向上放置，將標定板距設備600 mm,滿足條件後點擊 “標定操作"，完成第7步標定。

（2） 標（biāo）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（xiàng）鄰大點一側向右（yòu）放置，將（jiāng）標定板距設備（bèi）600 mm,滿足條（tiáo）件後點擊（jī） “標（biāo）定操作"，完成第8步標定。

（3） 標定（dìng）板正對相機，標定板的放置方向為順時針旋轉90。

距離（lí）最近的2個相鄰大（dà）點一側（cè）向下放置，將標定板距設（shè）備600 mm,滿（mǎn）足條件後點擊 “標（biāo）定操（cāo）作"，完成第9步標定。

（4） 標定板正對（duì）相機，標定板的放置方向為順