許韶洲

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512126）

三維掃描就是快速獲取實物的立體信息并將其轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能直接處理的三維數(shù)字模型的過程，而掃描儀就是快速實現(xiàn)三維信息數(shù)字化的一種工具，常用的掃描儀有接觸式三維掃描儀和非接觸式三維掃描儀兩種。接觸式三維掃描儀具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，配合測量軟件，可以快速準(zhǔn)確地測量出物體的基本幾何形狀。但測量費用較高，探頭易磨損且容易劃傷被測實物表面，測量速度慢。非接觸式三維掃描儀對曲面的外形能快速測量，對實物表面不會有損傷，容易操作。

非接觸式三維掃描儀又有照相式和激光式兩種，激光式掃描儀屬于較早的產(chǎn)品，由掃描儀發(fā)出一束激光光帶，光帶照射到被測物體上并在被測物體上移動時，就可以采集出實物的實際形狀。照相式掃描儀是針對工業(yè)產(chǎn)品的新一代掃描儀，與傳統(tǒng)的激光掃描儀和三座標(biāo)測量系統(tǒng)比較，其測量速度提高了數(shù)十倍。能有效地控制整合誤差，整體測量精度有很大提高。其采用可見光將特定的光柵條紋投影到測量工作表面，借助高分辨率數(shù)碼相機(jī)對光柵干涉條紋進(jìn)行拍照，利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測量原理，可以在極短時間內(nèi)獲得復(fù)雜工件表面的完整點云。掃描大型工件則變得高效、輕松和容易。其高質(zhì)量的完美掃描點云可以用于汽車制造業(yè)中的產(chǎn)品開發(fā)、逆向工程、快速成型、質(zhì)量控制，甚至可以實現(xiàn)直接加工。

1 掃描技巧

（1）噴粉。掃描流程通常是噴粉-標(biāo)志點黏貼-選擇掃描方式-保存掃描數(shù)據(jù)。是否要噴粉取決于實物的外表，當(dāng)工件為高反光或深色時，就必須噴粉，如圖1所示實物。

圖1 高反光或深色實物

（2）貼標(biāo)志點。貼標(biāo)志點是掃描中的一項重要工作，直接影響掃描的質(zhì)量和速度，如果沒有掌握技巧，有可能無法掃出實物。標(biāo)志點的黏貼做到掃描實物單個面可以不黏標(biāo)志點，掃描實物多個面必須黏貼標(biāo)志點；掃描的是藝術(shù)品時，因其有多個自由曲面，為了保持原貌特征能盡量少貼標(biāo)志點；標(biāo)志點盡量不貼在實物特征上，才不會影響采集特征，如下圖2所示。標(biāo)志點要盡量貼在實物的平面區(qū)域或曲率較小的曲面，且距離實物邊界較遠(yuǎn)一些,以不影響特征采集為準(zhǔn)。黏的標(biāo)志點要保證掃描的順利實施，并使標(biāo)志點在長度、寬度、高度方向均應(yīng)合理分布，如圖3所示，不能把標(biāo)志點貼成一條直線或?qū)ΨQ，這樣不利于特征點的采集。

（3）掃描儀參數(shù)設(shè)置。掃描儀參數(shù)設(shè)置直接影響掃描質(zhì)量，特別是掃描儀相機(jī)的曝光度，當(dāng)然，不同品牌的掃描儀參數(shù)設(shè)置不同，如三維天下三維掃描儀，它的相機(jī)的曝光度可以這樣調(diào)節(jié)，打開掃描儀“調(diào)整相機(jī)參數(shù)”對話框，可以通過對話框中的曝光，增益與對比度來調(diào)整相機(jī)采集亮度。視環(huán)境變化來確定曝光值，一般環(huán)境選擇曝光值為334；如果環(huán)境光比較亮，曝光值可相應(yīng)減少，常用曝光值為167；反之，環(huán)境光較暗，曝光值可相應(yīng)增加，常用曝光值為500。

2 逆向設(shè)計

逆向設(shè)計是指對某一產(chǎn)品進(jìn)行仿制工作，用一定的測量手段對實物或模型進(jìn)行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構(gòu)實物的CAD模型的過程。常用的軟件有Geomagic、Imageware、Proe等，這幾個軟件都各具特點。Geomagic具有從點云處理到設(shè)計的一體化功能。Imageware能提供完整的曲線與曲面建立和修改的工具、強(qiáng)大的曲面匹配能力。Proe功能較強(qiáng)大，具有3D建模、動畫模擬、概念設(shè)計、圖片渲染等多模塊，比如，有機(jī)械設(shè)計(CAD)模塊、功能仿真(CAE)模塊、制造(CAM)模塊。

逆向設(shè)計時，先要從測量數(shù)據(jù)中提取零件原型的幾何特征，即按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原型所具有的設(shè)計與加工特征。然后，將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中進(jìn)行表面模型擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原型表面的CAD模型。

這里采用Geomagic Design X軟件，以人像模型為案例介紹其頭部及上身逆向建模設(shè)計，完整建模過程如圖2所示。

圖2 完整建模過程

（1）點擊菜單欄中的【曲面創(chuàng)建】-【自動曲面創(chuàng)建】按鈕，點選人像模型，進(jìn) 入下一步，點擊“對勾”按鈕確認(rèn)。

（2）點擊菜單欄中的【模型】-【曲面偏移】按鈕，“面”選擇上述操作圓柱實體的上表面，偏移距離為2.5mm，點擊“對勾”按鈕確認(rèn)。

（3）點擊菜單欄中的【模型】-【切割】按鈕，對上述自動創(chuàng)建曲面生成的實體進(jìn)行切割，保留上半部分，點擊“對勾”按鈕確認(rèn)。

（4）點擊菜單欄中的【模型】-【刪除面】按鈕，“面”選擇頭部下表面，點擊“對勾”按鈕確認(rèn)。

（5）點擊菜單欄中的【模型】-【延長曲面】按鈕，邊線/面選擇頭部底部的邊線，終止條件為距離，3mm；延長方法為線性。點擊“對勾” 按鈕確認(rèn)。

（6）點擊菜單欄中的【模型】-【曲面偏移】按鈕，“面”選擇上述操作圓柱實體的上表面，偏移距離為0mm，點擊“對勾”按鈕確認(rèn)。

（7）點擊菜單欄中的【模型】-【剪切曲面】按鈕，工具要素為頭部曲面、偏移曲面2；對象為頭部曲面、偏移曲面2；點擊“對勾”按鈕確認(rèn)。

3 結(jié)語

逆向工程是一門新的再造技術(shù)，用于只有樣品或?qū)嵨锬Ｐ?、沒有產(chǎn)品圖紙的條件下實現(xiàn)產(chǎn)品的制造。由于有實際的模型參與各種試驗，因此，得到的結(jié)果相對于概念化推算和電腦虛擬模擬更接近真實，從而能迅速找到并確定產(chǎn)品的正確形態(tài)，能起到降低開發(fā)成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的作用。目前，我國制造業(yè)進(jìn)入了一個蓬勃發(fā)展的新時期，這必然對掌握現(xiàn)代制造技術(shù)的人才形成了巨大需求，因此，只有通過不斷探索與實踐，才能更好地掌握這門技術(shù)。