三維逆向掃描獲取模胎胎線方法研究

馮亮亮

摘 要：針對(duì)三維逆向掃描中模胎胎線獲取困難的問題，筆者對(duì)不同生產(chǎn)條件下模胎胎線獲取的方法進(jìn)行分類研究。在具有零件實(shí)樣的條件下，采用統(tǒng)一定位、兩次掃描的方法，可以快速獲取模胎胎線數(shù)據(jù)。在掃描模胎實(shí)物刻線的條件下，使用輔助工具使模胎胎線特征化從而易于掃描獲取。通過以上方法，在實(shí)際生產(chǎn)中顯著提升了模胎胎線的三維逆向掃描效率和掃描質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：三維逆向掃描;模胎胎線;工裝劃線

引言

在現(xiàn)階段的航空產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，由于模胎的三維數(shù)字模型缺失導(dǎo)致其修復(fù)困難的問題仍時(shí)有發(fā)生，如今應(yīng)用三維激光掃描設(shè)備逆向獲取工裝形面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是如何快速獲取工裝表面刻線仍然是逆向掃描工作中的一項(xiàng)難題。本文基于Creaform公司的一款手持式三維掃描設(shè)備，從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，對(duì)不同生產(chǎn)條件下逆向獲取模胎胎線的方法進(jìn)行了一些論述和研究。

1.基于零件實(shí)樣快速獲取模胎胎線

1.1適用范圍

已有按模胎形面制造并按胎線切割外緣的零件實(shí)樣或輔助切割零件的套切樣板，同時(shí)零件實(shí)樣或套切樣板由于回彈等因素與模胎形面存在偏差，不能直接用于掃描獲取形面，或者零件實(shí)樣或套切樣板由于自身強(qiáng)度因素導(dǎo)致無法在掃描中保持自身形面的情況。

1.2掃描前準(zhǔn)備

清潔模胎和零件表面，去除積塵、油污及金屬碎屑等。部分模胎毀損嚴(yán)重，局部存在裂縫，應(yīng)使用石蠟、橡皮泥等進(jìn)行簡(jiǎn)單修復(fù)，避免影響后續(xù)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。模胎或零件表面如果呈金屬亮或者黑色，適當(dāng)噴涂少量顯影劑。

1.3掃描模胎形面

在工裝待掃描表面粘貼定位標(biāo)點(diǎn)，注意不要粘貼在胎線上，胎線（零件邊緣）以外的區(qū)域也要粘貼足夠的定位標(biāo)點(diǎn)，至少滿足逆向掃描三點(diǎn)定位要求，以便于后續(xù)掃描零件邊緣時(shí)拓展識(shí)取粘貼在零件表面的定位標(biāo)點(diǎn)。見圖1。

創(chuàng)建掃描對(duì)話，掃描定位標(biāo)點(diǎn)并保存定位標(biāo)點(diǎn)文件，基于保存的定位標(biāo)點(diǎn)掃描模胎的工作形面，掃描完成后分別保存對(duì)話和模胎形面曲面片。

1.4掃描零件外緣和內(nèi)部開口

將零件實(shí)樣或套切樣板放置于模胎上，按定位孔或零件邊緣進(jìn)行定位，并使用膠帶粘貼牢固。由于部分定位標(biāo)點(diǎn)被零件覆蓋，可以在零件上靠近邊緣位置粘貼新的標(biāo)點(diǎn)，以滿足零件邊緣掃描定位要求。

重新創(chuàng)建一個(gè)對(duì)話，不要在前一個(gè)對(duì)話中執(zhí)行下面的操作。在新建對(duì)話中打開前面保存的定位標(biāo)點(diǎn)文件，以原模胎上的標(biāo)點(diǎn)為基準(zhǔn)識(shí)取零件上新粘貼的標(biāo)點(diǎn)位置。保存新的定位標(biāo)點(diǎn)文件，基于新的定位標(biāo)點(diǎn)掃描零件外緣和內(nèi)部開口邊緣，分別保存對(duì)話和零件邊緣曲面片。

1.5用CAD軟件處理掃描數(shù)據(jù)

在CAD軟件中分別導(dǎo)入模胎形面掃描文件和零件邊緣掃描文件，由于作為掃描基準(zhǔn)的定位標(biāo)點(diǎn)統(tǒng)一，兩個(gè)掃描文件的空間位置與實(shí)際狀態(tài)一致，見圖2?？梢灾苯討?yīng)用模胎形面的掃描結(jié)果設(shè)計(jì)模胎（零件）的幾何形面，應(yīng)用零件邊緣的掃描結(jié)果設(shè)計(jì)零件外緣和內(nèi)部開口。

2.使用輔助工具掃描模胎胎線

2.1適用范圍

不具備按模胎制造的零件實(shí)樣或輔助切割零件的套切樣板，模胎胎線只能按模胎上的實(shí)際刻線進(jìn)行識(shí)取的情況。

2.2掃描前準(zhǔn)備

掃描前需要對(duì)模胎胎線進(jìn)行特征化處理，通過粘貼輔助工具使胎線邊緣增厚，從而能夠被掃描設(shè)備清晰識(shí)別。粘貼硅膠墊塊能夠相對(duì)較快速的表達(dá)出胎線的直線或近似直線的特征，見圖4。同時(shí)，可以通過粘貼在圓弧的三個(gè)切點(diǎn)來確定圓角位置。硅膠墊塊本身具有較好的彈性和直線度，同時(shí)易于分割和使用，在選購(gòu)時(shí)避免選擇白色或黑色相近顏色，以免影響掃描效率和掃描質(zhì)量。

2.3用CAD軟件處理掃描數(shù)據(jù)

在CAD軟件中把硅膠墊塊的有效端面與模胎形面相交，即得到局部胎線的位置。需要注意的是對(duì)墊塊有效端面的區(qū)分，必要時(shí)可以畫出示意圖。

3.提高掃描速度

3.1設(shè)置合適的掃描分辨率

根據(jù)掃描結(jié)果的應(yīng)用需求設(shè)置合適的掃描分辨率。分辨率數(shù)值越大掃描速度越快，反之越慢。

3.2亮面和黑色面噴顯影劑

對(duì)亮面和黑色面需要噴涂適量的顯影劑以提高掃描速度。顯影劑噴涂工作應(yīng)在粘貼定位標(biāo)點(diǎn)之前完成，以避免造成定位標(biāo)點(diǎn)污損。如果不確定掃描對(duì)象的反光或吸光情況，可以在反光或吸光最強(qiáng)的位置進(jìn)行試掃。

3.3提高定位標(biāo)點(diǎn)密度

由于工作空間限制、反光或吸光導(dǎo)致掃描速度緩慢的情況下，可以通過適當(dāng)提高定位標(biāo)點(diǎn)的密度來提高掃描速度。

4.結(jié)束語

基于零件實(shí)樣快速獲取模胎胎線的方法在實(shí)際生產(chǎn)中顯著地提升了模胎類工裝的掃描效率和掃描質(zhì)量，同時(shí)也有效地減少了逆向設(shè)計(jì)人員的工作量。使用輔助工具掃描的方法作為一種有效補(bǔ)充，在實(shí)際生產(chǎn)中也被經(jīng)常采用。相信隨著激光掃描技術(shù)和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，直接應(yīng)用掃描設(shè)備獲取工裝刻線將成為可能。