基于激光掃描的機械精密零件外觀設計探究

任曉路

（九州職業技術學院 機電與汽車工程學院，徐州 221100）

1 機械精密零件外觀設計的相關研究

在生產機械精密零件時，需要重視機械精密零件的外觀設計。機械精密零件的外觀設計不僅能夠實時監控產品質量，還能降低生產成本，同時有助于環境保護[1]。設計機械精密零件外觀時，需要以高效和節能為主[2]。目前，激光掃描技術已經廣泛應用在機械精密零件外觀設計中。我國研究人員閆清東在研究過程中發現了和Harris角點有關的檢測方法，能在檢測過程中有效檢測出機械精密零件外觀設計的性能，為機械精密零件的外觀設計提供了更多的發展空間。

2 激光掃描的相關內容

2.1 激光掃描法的原理

激光掃描法的測量原理是在掃描過程中會產生相應的光強調制作用，能夠對光與電進行轉換，最終得到人們需要的測量值。

2.2 激光掃描法應用的條件

激光掃描法在使用過程中要滿足兩個條件，一是保證掃描速度均勻，二是在掃描過程中掃描光束要和光軸保持平衡。

2.3 激光掃描法中激光源的選擇

激光光源的特點是方向性強、亮度高，是高精度測量中最理想的光源。在早期激光掃描的過程中，一般使用的都是高壓電源。高壓電源在應用過程中容易和附近的導體發生反應，最終影響激光器的使用壽命。近幾年，半導體激光器的發展越來越成熟，人們開始借助半導體激光器來完成激光掃描工作。半導體激光器的材料主要是砷化鎵，最大特點是反應速度快，現已廣泛應用于激光掃描工作。半導體激光器具有諸多優點。首先，啟動電壓較低，在啟動過程中只需要2～6 V的電源電壓就能完成啟動工作。其次，電能效率轉換速度快。最后，壽命長。激光器在使用的過程中最長的壽命時間能夠達到1×104h。

3 主體機械精密系統

主體機械精密系統能夠提高光學系統參數的穩定性，在使用過程中直接影響光學系統的像質，所以在應用時要保證系統工作性能的準確性。主體機械精密系統在使用過程中對機械結構設計的要求非常高，如果僅靠機械加工不能滿足人們的需要，需要在機械加工的基礎上進行手工調整，以便檢測出來的光學系統參數符合設計的要求。

4 機械精密零件的激光掃描成像和視覺融合

4.1 機械精密零件的激光掃描成像

在實際設計過程中，為了更好地優化機械精密零件的外觀設計，可以先引入三維激光掃描技術對圖像進行處理，然后通過全局細節增強處理加強機械精密零件的外觀信息表達能力。在整個設計過程中，借助這些技術能夠更好地進行成像處理。在處理過程中發現，這種重組能夠更好地得到機械精密零件的外觀輪廓。為了更好地滿足動態條件，設計過程中還需要分析對圖像的邊緣特征，最終得到需要的圖像。需要注意，設計過程中，可以使用點跟蹤掃描技術，也可以通過分布式計算方法把機械精密零件中的外觀三維計算問題轉換成簡單的一維計算問題，最終達到提高圖像融合和識別的能力。

4.2 圖像的視覺融合處理方法

設計機械精密零件外觀時使用小波尺度分解方法，能夠分析整個機械精密零件的外觀設計情況，然后得出需要的激光圖像。篩選過程中，根據相應的轉換找出候選像素特征分布區域中最邊緣的像素集。設計過程中，使用灰度直方圖融合方法了解機械精密零件的外觀圖像尺度融合的結果，最后根據結果重新構造機械精密零件的外觀。

5 優化機械精密零件外觀設計的處理方法

5.1 分析動態局部特征的提取方法和視差的方法

通過描述發現，在設計機械精密零件外觀的過程中，使用點跟蹤掃描技術能夠有效處理激光掃描成像過程中存在的問題，優化機械精密零件的外觀設計，最終找到外觀設計的邊緣像素特征。同時，可以借助局部均值分割技術的幫助，了解機械精密零件外觀的仿真情況，利用數學公式進行表達。在表達的過程中，研究者需要了解整個輪廓的長度和灰階不變的特征值，最終得到和機械精密零件外觀有關的灰度值的信息情況。在機械精密零件外觀設計時，還可以通過分解和重組特征的方法計算機械精密零件掃描后的邊緣像素值。同時，在了解像素幀差值時，需要先分析掃描圖像的紋理特征。需要注意，表達過程中要詳細寫清待匹配的像素點尺度，以便及時分析動態局部特征的分布情況，提高機械精密零件外觀設計的準確性。

5.2 優化機械精密零件外觀設計的誤差

在重組機械精密零件外觀掃描圖像時，需要借助角點檢測的方法了解掃描圖像的分布情況，然后借助空間領域邊緣融合的方法找出掃描圖像的三維特征點，最終計算出檢測后的紋理特征值。同時，自動渲染算法分解出了掃描圖像的細節，便于了解在不同場合下機械精密零件的外觀特征。上述處理還能最大限度地了解掃描圖像的三維特征情況，然后根據視差的分析優化機械精密零件的外觀設計，最終得到想要的設計內容。在掃描激光圖像時，可以重新分解出現的視差圖，了解分解后的調節結果，進而達到優化機械精密零件外觀設計的目的。

6 分析仿真試驗

研究者為了更好地了解基于激光掃描的機械精密零件設計情況進行了試驗。整個試驗借助仿真設備和軟件完成，同時以傳動部件中的萬向節為主要研究對象。機械精密零件的參數情況如表1所示。

表1 機械精密零件的參數

在進行仿真試驗的過程中，圖像的像素點需要調整到200×400，動態分割的參數值為0.34 mm·r-1。在進行仿真試驗的過程中使用點跟蹤掃描技術，在整個試驗的過程中，只有了解機械精密零件外觀激光掃描圖像的灰度值，才能真正發揮仿真試驗的作用。使用動態幀序列重組的方法來重組灰度直方圖，分析掃描圖像的像素點視差值得到的結果，能真實反映機械精密零件外觀優化的情況，最終得出整個設計的視覺效果能夠達到人們的要求，設計精度也比較準確。

7 外觀設計情況的總結

基于激光掃描的機械精密零件外觀設計需要注意以下問題：第一，機械精密零件在設計外觀的時候要想提高激光掃描成像的處理質量，需要借助點跟蹤掃描技術；第二，在掃描過程中，一定要先了解邊緣像素的特征，然后推斷出機械精密零件外觀圖像的多維尺度值；第三，通過重組來重建灰度直方圖的內容，得出掃描圖像的動態局部特征值；第四，在設計機械精密零件時，一定要計算出像素點重組之后的視差值才能達到優化設計的目的。

8 結語

在設計機械精密零件外觀時借助激光掃描技術，能夠了解整個圖像的視覺特征，提高機械精密零件外觀設計的質量。需要注意，在機械精密零件外觀設計的過程中要詳細計算每項內容的數值，才能保證機械精密零件在設計外觀時的準確性。