气缸盖的三维扫描及逆向设计

曹冉+叶锋+唐超江+锁文

摘要：本文首先介绍了三维数据的采集原理与方式。据此，先对被测件进行预处理，并调整steinbichler三维光学扫描仪的聚焦点，修改COMETplus-2m软件参数，再进行点云采集与拟合，最后运用Geomagic Qualify软件对片体进行修整，使用UG软件进行逆向造型，得到产品的最终模型。在点云的采集、拟合过程中，对点云无法自动拼接及气道区域扫描不到两个问题给出了简单且实用的解决措施。

关键词：三维扫描；数据采集；点云；逆向设计

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0230-02

3D Scanning and Reverse Design of Cylinder Head

CAO Ran，YE Feng，TANG Chao，JIANG Suo-wen

（Changzhou Key Laboratory of Large Plastic Parts Intelligence Manufacturing， Changzhou College of Information Technology， Changzhou 213164， China）

Abstract：This paper first introduces the principle of 3d data acquisition and way. Preprocessing， accordingly， the first thing to be measured and adjust the steinbichler focal point of three-dimensional optical scanner， modify COMETplus - 2m software parameters， and then to the collection and fitting of the point cloud finally using Geomagic software Qualify to trim strip， reverse modeling using UG software to get the final model products. In the process of collecting， fitting point cloud， the point cloud can't automatic splicing and airway scans the area less than two gives a simple and practical solutions.

Key words： 3D scanner； data acquisition； point cloud； the reverse design

1 引言

逆向设计是一个从有到无的过程，根据已经存在的模型，用一定的测量设备对模型进行测量，获得三维轮廓点数据，利用三维几何建模方法重新构建实物的CAD模型，反向推出产品的设计数据的过程[1]。简单地说，就是从产品到数据模型再到产品的一个过程。本文主要说明了利用三维扫描仪和COMETplus-2m软件进行三维数据采集并拟合的一些方法，最后生成CAD模型。

2 数据的采集

数据的采集是逆向设计环节的重要步骤，如今数据的测量方式主要分为3种方式：接触式测量、非接触式测量和断层式测量。接触式测量主要是以三坐标测量为代表，拥有较高的准确性，但是会受到被测工件材料的影响。本文介绍非接触式测量，运用光学原理进行数据采集，其测量系统统称为3D扫描仪，如图1所示。测量方法有激光三角形法、激光测距法、结构分析法等[2]。非接触式测量因其测量简易，并且不受被测工件材料而影响测量，发展迅速。非接触式测量的精度易受工件的表面反射特性以及环境温度的影响，所以在测量时应喷涂显影剂来减小采集到的数据误差。

三维光学扫描仪采用的是基于相位转移结构光的三维重建技术，在物体表面投射光栅后，由两摄像机拍摄产生畸变的图像，利用相位解码获取每一点的相位信息，再结合极线几何约束关系实现两幅图像上点的匹配，最后根据标定结果，利用三角计算点的三维坐标，以实现物体表面三维轮廓的测量。

本次測量采用德国steinbichler三维扫描仪进行数据采集，并运用COMETplus软件对数据进行拟合。在数据采集时，按照下列步骤进行。

1）测量设备校核：在扫描前，需要对扫描仪进行校核，使扫描仪的两个镜头的光点聚焦到一点。

2）环境控制：扫描时，需室内温度恒定，设定在33度左右，由于该测量方式采用光学原理，因此室内光线不能过亮。此外被测件应静置在工作台上，不能振动。

3）被测件预处理：一般情况下，通过在被测件上贴参考点来使扫描出来的点云通过参考点进行拟合，但本次被测件特征明显，可以很好的进行拼接，所以不需要贴参考点。本次测量的气缸盖表面颜色显暗黑色，所以需在被测件表面喷涂显影剂来使被测件达到测量要求。在喷涂显影剂时，要求喷涂的越薄越好，以便减少点云数据误差。

4）测量路径：在测量时，需要规划好测量得路径，这样可以快速准确的完成测量。

在数据采集的过程中，COMETplus-2m软件会得到点云图像，在采集到的点云特征明显的情况下，点云图片会自动拼接，但是如果扫描出来的点云特征不明显，就需手动调节，找到两张图的特征部位，做上标记，从而进行手动拼接，如图2所示。在拼接图像时，需要通过多次匹配来使得偏差达到最小，一般要求在0.02内。

3 点云的处理及模型的重建

把STL文件导入Geomagic Qualify软件，经过降噪、修补和调整坐标系后，如图4所示。然后用NX10.0进行产品的逆向设计。

4 结束语

本文主要研究了逆向设计中对现有模型的数据采集，在采集数据时运用的一些技巧和方法，并对扫描模型的特殊部位运用不同的扫描方法，在此基础上基于COMETplus-2m软件对采集的数据进行拟合，最终完成模型的数据采集。

参考文献：

[1]罗大兵.逆向工程中数字化测量与点云数据处理[J].2005（9）：56-57.

[2]王宏涛，周儒荣，张丽艳.现代测量方法在逆向工程数据采集技术中的利用[J].2003（4）：2-3.

[3]李大鹏.三坐标测量机在逆向工程中的应用[J].2007（7）：72-73.