手持式三维扫描仪用于工件偏差的检测

  以某汽车翼子板为例，结合产品工件的自身特点，通过手持式三维扫描仪对其扫描得到点云数据，利用逆向造型软件对点云进行数据处理，应用Geomagic Qualify 软件，把点云与原始设计模型进行对齐、3D比较，检测产品工件的尺寸偏差，分析偏差来源，为实际设计改进提供技术依据。

  通过采用手持式三维扫描仪，采集工件表面的三维数据，得到实际工件的全部点云，利用逆向造型软件对点云进行数据的预处理，得到完整点云。此时，我们可以用点云进行逆向曲面造型，得出逆向的工件表面，但在逆向的过程中仍然不可避免地会出现一定的偏差，对我们的偏差分析会有一定的影响。因此，我们应用Geomagic Qualify 软件，将点云数据直接与工件的CAD模型进行比较，从而获得信息丰富***的工程彩图检测结果，可方便地得出工件的误差情况。

数据采集

  测量方法根据测量结果的不同方式，可以分为接触测量和非接触测量。其中，非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。非接触式三维信息获取技术大多基于计算机视觉原理，需要结合摄像机拍摄的图像和目标与摄像头的位置关系。三维扫描技术是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。手持式三维扫描仪可以实现更容易更快的数据采集。它的原理是基于所扫描部分的三维曲线的阵列，然后由面生成模型以输出处理。

 

计算机辅助检测

点云数据处理

  由三维扫描仪扫描后得到的点云数据，需要进行数据处理，去除飞溅点、杂点和非连接点，进行点云过滤。Geomagic Qualify软件是一款计算机辅助检测软件，仅可对点云数据进行简单操作，为此需先把点云文件导入到具他有逆向功能的***软件中进行处理。我们将点云输入到Imageware软件系统中，可以直观地看出工件数据是否***，且可及时评估点云的质量，如有问题，我们可以直接补充不全的数据点或重新扫描工件数据点，而不用等到设计中途再反复扫描,节省了重复操作的时间。图所示为Imageware软件处理点云的前后对比图。

 

汽车工件点云数据处理前后对比图

 Geomagic Qualify软件应用

  Geomagic Qualify软件具有强大的三维检测功能，通过点云数据与实际生产工件的CAD模型之间快速、明了的图形比较，可对工件进行首件检验、在线或车间检验、趋势分析、2D和3D几何测量以及自动化报告等，从而快速并准确地完成检测任务。3D数字化检测的一般流程为：首先，获取测试模型和CAD参考模型；然后，将测试模型与参考模型进行对齐比较；***后，对比较结果进行评估并得出报告。

特征与对齐

1）用Geomagic Qualify软件进行质量检测前，先要对所获得的点云进行处理，主要有删除噪音点和点云的拼 接等操作，待得到完好的点云数据再进入检测过程。状态栏的“图形区域”打开处理后的点云数据做为测试模型，再导入实体工件的CAD模型作为参考模型。

2）在特征菜单下，分别对测试模型和参考模型提取特征，这些特征将为后续的对齐、尺寸分析等操作作为参考。在测试模型比较完整的情况下，可自动创建；而参考模型也可以由快捷特征来自动识别。

3）Qualify软件中的对齐包括点云数据对齐和完整的测试模型与参考模型的对齐。点云数据对齐主要应用于大型工具的点云拼接对齐，这里采用的是测试模型与参考模型的对齐方法。对齐可采用基于特征对齐、***佳拟合对齐、RPS对齐和3-2-1对齐4 种方式，来实现位于不同坐标系下的测试模型与参考模型的对齐。本例的汽车翼子板工件以基于特征对齐的方式使点云数据与实体CAD模型对齐。基于特征对齐比较适合于形状规则或者具有明显特征的模型，或者在某部位对齐精度要求比较高，要保证该部位对齐时偏差比较小的时候。所以比较适合测试特定的工件，来实现技术要求。也可以根据实际情况建立一定的特征，然后通过特征对齐来约束匹配模型，保证对齐精度。

 

点云与工件基于特征对齐

***和生成报告

  质量检测软件Geomagic Qualify的核心步骤在比较分析上，通过***，得到一个更能表现出工件真实状况的结果对象。通过图形化的测试模型和参考模型的3D比较，偏差色谱图的通过与不通过，偏差和文本注释，来实现点云数据和实际工件的比较。通过***，可以直观的看出实际工件与设计工件之间的偏差。图为工件的***图。

 

3D比较

 

创建注释

 

上下偏差

  ***后，生成报告。报告中包含平均误差、偏差分布、标准偏差的图表和直方图等，可以更直观的了解实际工件的偏差，有利于改进设计。图所示为工件的标准偏差图表与直方图。

 

标准偏差

手持三维扫描仪用于工件的偏差分析

  误差的存在，会在一定程度上歪曲客观事物的规律性，导致错误的结论，从而影响我们客观地判断事物的准确程度，无法得到准确的实验结果。在汽车翼子板的实际测量中，工件表面的曲面变化情况较为复杂，用传统的测量工具测量精度不高且效率低，用手持式三维扫描仪可以较为准确的测量出工件表面的实际情况，在半米内的测量精度可以达到0.01mm。在汽车翼子板的分析检测中，3D比较图中编辑色谱图表示出了偏差范围：色谱分为11种颜色，绿色代表误差允许范围，范围在&plu***n;1mm之间，此颜色代表的工件上的大部分都是合格的。往上暖色系代表上偏差凸出部分，往下冷色系代表下偏差凹陷部分，从图中可以清晰地看出工件的边缘部分偏差较大。尤其是在3D比较分析图中，黄颜色所代表的暖色系在边缘范围较大，偏差“凸出”，有可能是生产时加热造成的。出于空气动力学的考虑，翼子板用有一定弹性的塑性材料或金属做成，具有缓冲性，比较安全，因此也造成边缘偏差较大。同时，“3D比较”对话框的左下角统计出了工件的正负***大距离、平均距离和标准偏差。软件界面拉出了各个颜***域的具体偏差数值，并对注释列表，在状态栏中列出了，是否通过上下偏差&plu***n;1mm的要求。

  Geomagic Qualify软件具有强大的三维检测功能，它是在保留原始设计意图的基础上，通过改变某些***定义参数获取系列化模型，或通过内在尺寸及结构布局方面的调整重新设计出新的实物模型，或者对原始设计进行调整，这已成为现代企业开发新产品或产品检验的一种重要设计手段。汽车的翼子板就是因需要调整设计而对工件进行的偏差检验。

手持三维扫描仪用于工件偏差的检测