基于Handyscan掃描儀的汽車底護板檢測試驗研究

趙玉娟，王紅平，青格勒，梁嵬

(長春理工大學機電工程學院，吉林長春 130022)

基于Handyscan掃描儀的汽車底護板檢測試驗研究

趙玉娟，王紅平，青格勒，梁嵬

(長春理工大學機電工程學院，吉林長春 130022)

利用Handyscan掃描儀對某型號汽車底護板進行檢測，得到真實的產品信息。通過網格剖分算法改進現有軟件的網格處理效果，并通過點云數據的逆向重構及時反饋該型號汽車底護板的數據信息，建立掃描數據與原始數模的偏差對比。通過證明檢測數據精度完成某型號汽車底護板檢測試驗的建立。

Handyscan掃描儀；網格剖分算法；逆向重構；偏差對比

0 引言

汽車底護板是一種汽車防護裝置，不僅起到了保護發動機作用，還起到了隔音降噪功能。汽車底護板具體外形及尺寸是根據各種不同車型定身設計，即使同款車型，也會因使用者的需求而千差萬別。目前在汽車制造廠最常采用的是三坐標測量法，三坐標測量需要對汽車底護板進行打點檢測，雖然在一定程度上得到汽車底護板相關信息，但是卻不能系統地檢測汽車底護板零件邊及型面等是否合格。為了實現更高效、更全面的檢測，出現了基于機器視覺的測量技術。基于機器視覺的檢測技術雖然能夠準確、全方位地檢測汽車底護板，但是此檢測技術成本高，需要專門的技術人員進行操作[1]。Handyscan3D掃描儀是一款監測分析精度很高的設備，能夠方便、快捷地得到汽車底護板的相關數據信息，同時與其他激光掃描儀相比，Handyscan3D檢測分析精度更高，可以簡化大量零件的掃描任務[2]。

針對某廠商某型號的汽車底護板，采用無臂手持式3D掃描儀(Handyscan3D)設備，將該汽車底護板的整體點云部分掃描出來，并和原始數模數據進行比較，實現了該汽車底護板

的檢測。

1 檢測實驗標準的建立

1.1 實驗溫度標準

檢測環境直接影響汽車底護板檢測試驗的準確性，針對所測量的汽車底護板，結合掃描儀Handyscan3D的正常測量環境范圍，底護板檢測試驗環境應保持在一恒定的范圍內。根據檢測設備及檢測環境條件制定一穩定的環境標準，如表1所示。

表1 檢測環境溫度標準

1.2 數據標準

為使檢測結果標準化，故建議數據標準。如圖1所示為廠商提供的該底護板原始設計數模，并以此為數據標準進行數據偏差對比，可以使偏差結果標準化。

圖1 底護板標準數模

1.3 檢測精度要求

汽車底護板作為底盤外掛件，其安裝孔的尺寸精度極其重要。因此以安裝孔的定位尺寸作為檢測試驗精度標準，汽車底護板檢測精度要求如表2所示。

表2 底護板檢測精度要求(安裝孔至中心線距離)

2 汽車底護板的檢測

2.1 汽車底護板表面光點布局

對底護板進行光點布局是底護板檢測試驗第一步，直接影響檢測試驗的空間坐標系的建立。對于黑色板材的汽車底護板，必須進行貼光點才能識別建立空間坐標模型，貼光點有助于掃描儀精確地采集被測零件的數據并計算其空間坐標系數據，光點的布局以點位相互之間的距離不小于5 mm為標準，均勻無規則地貼在整個底護板被測面上[3]。

2.2 Handyscan3D掃描儀校準

利用Handyscan3D掃描儀對汽車底護板進行掃描前，必須對其校準。校準的目的是對掃描儀進行校準及對掃描頭進行優化標定，保證掃描數據的準確性。

2.3 汽車底護板的掃描檢測

手持Handyscan3D掃描儀對汽車底護板進行掃描時，掃描儀與汽車底護板的被測面距離不宜太遠或太近。太遠或太近都會影響數據采集效果，產生掃描誤差。

3 汽車底護板數據處理分析

3.1 汽車底護板數據預處理

由于掃描獲取方法自身的合理性、三維激光掃描儀的精度及調試、儀器掃描范圍的局限性、坐標系的定位準確性、掃描物件的表面光潔度、測量數據的部分丟失、掃描成像的多視圖問題，造成三維激光掃描系統采集的汽車底護板點云數據必然含有雜點。利用Studio軟件很難進行光順處理，因此采用人工交互檢查方法，自行剔除明顯跳點。圖2為原始點云數據，圖3為處理后的點云數據。

圖2 底護板原始點云數據

圖3 處理后的底護板點云數據

3.2 汽車底護板數據網格建立及劃分

在預處理的點云數據基礎上進行底護板網格建立，通過對點云數據特征識別建立網格曲面，利用逼近方式進行網格建立，使網格曲面靠近原始離散點云模型，達到優化反映射的目的[4]。對剛生成的面片逐次進行映射。離散面片邊界數據，將其投影到新建的參數平面上，如圖4所示。

圖4 底護板網格建立

新建立的網格面由于基于離散點云數據，故網格劃分大而且不合理，需要對新網格面采用均化網格進行網格劃分。通過對網格動態空間索引組織的網格曲面數據的拓撲結構進行融合，根據拓撲結構實現高效查詢網格面片，按照曲面曲率對領域內網格面片進行分簇，采用頂點聚類進行三角面片劃分，使得網格均勻分布在底護板數據面上。但是均化網格數量龐大，且并不針對底護板的特征進行合理分布。為使網格依據特征劃分，需要進行底護板特征識別，如圖5所示。通過特征識別進行網格優化，得到圖6所示的網格劃分，整個網格根據底護板特征劃分，無特征區域分配較少網格，而特征區域分配眾多細小網格，已達到完全表達特征處的目的。

由于建立網格沒有整體性，且有錯誤拓撲發生，優化底護板網格整體并不完善，需要對錯誤網格進行修復，建立拓撲關系。通過Studio軟件自行運算處理得到的網格面片發生嚴重畸變形，如圖7所示，且出現新的錯誤，不能很好消除網格釘狀物，故針對網格處理提出改進算法。

圖5 底護板特征識別

圖7 網格畸變

為保證最終網格質量，盡量避免網格生成反映射及映射引起的畸變，借助STL標準模板庫，運用Delaunay三角剖分算法，就點邊信息重新定義其數據結構，創建Point Status類來描述網格拓撲關系。采用CGAL中的數據結構(Point、Vertex_handle)創建的Point Status類為：

Class Point Status

{

Private:

Point P;

itr_EPoint;

Segment S;//

float m_fLen;

Std:multimap::iterator

Public:

bool b_fixed;//表示點P是否已成為固定點

int i_num_T1;//表示現階段未完成拓撲的邊的數量值

int i_num_T2;//表示現階段已完成拓撲的邊的數量值

std::multimap?map_Edge_Point;//存放與點P相關的各邊及其長度，并將其按升序排列

float m_fMaxLength;//表示現階段各邊中最長邊的長度值

float m_fMinLength;//表示現階段各邊中最短邊的長度值

//點狀態初始化函數

PointInitialization()

EdgeTopoStructured(Point p,Segment s);//該函數的功能為：將邊s加入m_T1，即曲面M，同時修改關于端點P的拓撲信息，與映射map_Edge_Point中邊進行長度對比，加入適當映射位置，刷新m_fMaxLength、m_fMinLength來完成未拓撲邊數加1操作。

EdgeTopoCompletion();//該函數的功能為：將s加入m_T2，同時修改關于端點P的拓撲信息，完成拓撲邊數加1操作；

FixedPointJudgement();//判斷關于點P各邊完成拓撲情況，固定點是否為點P；

//下面兩個函數修改未完成拓撲端點的拓撲信息，處理出現靜態孔洞情況；

void Remove_t1(Segment s);

void Remove_t2();

～PointStatus();

};

通過運算，得到良好網格面如圖8所示，且網格錯誤也相應減少。

圖8 改進算法處理網格示意圖

以此網格面為基礎進行底護板逆向構型，通過逼近方式構建數據面，以實驗精度建立閾值，以此閾值進行曲面擬合，得到如圖9所示底護板數據。

圖9 底護板逆向數據模型

3.3 汽車底護板數據分析

根據逆向數據，對比廠商提供的數據標準模板，進行偏差對比，得到表3，與廠商檢測精度要求對比可知，檢測精度在允許誤差范圍內。

表3 檢測數據表

4 結論

為快捷高效地檢測底護板的產品數據信息，建立基于Handyscan掃描儀的檢測試驗，并根據底護板的材料性能、環境穩定制定實驗標準及精度要求。通過掃描檢測，并通過運用Delaunay三角剖分算法改進現有算法，避免底護板網格處理中的畸變錯誤，得到真實高精度的產品信息，以產品精度作為閾值重構產品數據，建立數據與產品設計原始數模的偏差對比，通過證明檢測數據精度來完成底護板檢測試驗建立。

[1]王植槐.汽車制造檢測技術[M].北京:北京理工大學出版社,2000.

[2]張偉,賴喜德,宋威,等.基于激光掃描的離心泵閉式葉輪反求技術[J].熱能動力工程,2014,29(5):539-543.

ZHANG W,LAI X D,SONG W,et al.Technology for Seeking Solutions Reversely to the Closed Impellers of a Certrifugal Pump Based on Waser Scanning[J].Journal of Engineering for Thermal Engergy & Power,2014,29(5):539-543.

[3]任向東.葉輪逆向檢測技術[J].測控技術,2013,32(S1):12-14.

[4]王永輝.基于非接觸測量的汽車零件品質分析[J].機電工程技術,2006,35(1):36-39.

WANG Y H.Application of Quality Analysis Based on Non-Contact Measurement to Auto Parts[J].Mechanical & Electrical Engineering Technology,2006,35(1):36-39.

ExperimentalStudyonInspectionofAutomobileBottomShieldBasedonHandyscanScanner

ZHAO Yujuan, WANG Hongping, QING Gele，LIANG Wei

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun Jilin 130022,China)

Handyscan scanner was used to detect an automobile bottom shield and real product information was gotten.The mesh processing algorithm was used to improve the grid processing effect of the existing software, and the data of the bottom shield were obtained by the reverse reconstruction of the point cloud data.The deviation between the scanning data and the original digital model was compared.By confirming the accuracy of the test data, the inspection test of an automobile bottom shield was established.

Handyscan scanner; Meshing algorithm; Reverse reconstruction; Deviation comparison

2017-05-31

趙玉娟(1991—)，女，碩士研究生，主要從事機電系統控制技術研究、在線監測理論與技術研究。E-mail:zhaoyujuan4963@163.com。

王紅平，E-mail:m15590592489@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.10.016

TB22

B

1674-1986(2017)10-067-05