汽车钣金件的三维激光扫描典型案例

摘要：三维扫描技术在逆向工程中的应用非常广泛，不仅可以直接对工件进行三维测量，还可以在没有任何技术文档的情况下，快速的将三维样品或者模型的轮廓进行集合测量，再通过对测量数据进行编辑和建构，最后生成曲面的数字化模型，且最终格式为通用输出格式。现如今，三维扫描技术越来越趋于成熟，其不仅操作非常灵活，而且可运用的领域非常广，测量出的数据精度也非常高。

关键词：典型案例；汽车钣金件；三维激光扫描

三维激光扫描技术这项高新技术始于上世纪十九年代中期，在测绘技术领域是一项的新突破[1]。其通过对被测物体表面大量密集点的三维坐标进行有效记录，再利用激光测距原理，可以将被检测目标的线、面、体各方面数据以及其三维模型快速的勾勒出来。而且具有自动化、非接触性、高精度、高密度、快速性等绝对优势。

一、研究背景

（一）三维激光扫描系统的简介

三维激光扫描系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分进行数据采集，软件部分进行数据处理[2]。三维激光扫描系统根据不同的载体还可以分为不同的类型，其中包括地面型、机载型、手持型以及车载型，其被广泛应用于逆向工程中，主要负责对工件进行三维测量以及曲面抄数。不仅如此，还可以在没有任何技术文档的情况下，快速的将三维样品或者模型的轮廓进行集合测量，再通过对测量数据进行编辑和建构，最后生成曲面的数字化模型，且最终格式为通用输出格式。

（二）三维激光扫描系统在汽车钣金件检测中的应用现状

目前，我国越来越多的领域都开始关注三维激光扫描系统，不仅土木工程、医疗、室内设计、工厂改造、建筑检测等领域逐渐开始对三维激光扫描系统进行了探索与尝试，甚至在汽车的零部件测量以及整车的设计中都开始运用三维激光扫描系统[3]。

现如今，汽车行业的市场竞争越来越激烈，这使得很多汽车厂家为了抢占市场的先机、赚得丰厚的利润都开始不断开发新车型。由于汽车的底盘以及发动机等部分，其制造技术已经相当成熟，基本不会再开发出过于新型的设备，因此主要还是要在汽车中的电子设备以及车身造型上进行创新。而汽车的车身钣金件具有结构尺寸大、精度要求高、形状复杂、表面质量要求严格等特点，有关数据显示，在对一种新车型进行开发时，有40%的汽车工程师以及设计师的工作都与车身钣金件有关。不仅如此，由于钣金件质量的好坏直接决定了新车型是否可以顺利发开出来，因此对于钣金件的检测就显得尤为重要。

传统的检测工具由于其自身存在的缺陷，很难对钣金件的空间曲面形状进行全面系统的检测和分析，因此检测的效率相对较低，而且也逐渐无法满足现如今规模越来越大的汽车生产检测的需要。如何才能对钣金件进行更加方便、准确、快速的检测已经成为所有汽车厂家都必须面对并解决的问题。

手持型三维激光扫描仪在汽车的多个领域中都有涉及，主要包括汽车零部件的孔位、面、边界等部位，利用三维激光扫描仪对这些部位进行全面、直观以及迅速的检测，同时也包括对整车或者汽车零部件的逆向设计等，其具有明显的高效、易操作、检测流程简单、检测结果更全面等诸多优势。本文将以某汽车的一块钣金件作为例，分析利用手持型三维激光扫描仪对钣金件进行的测量结果，具体操作步骤如下所示：

1.对钣金件进行扫描

将工件贴好并确定好定位点以后，利用手持型三维激光扫描仪对该工件进行系统全面的扫描，主要包括工件的边界、型面以及孔位等。

2.对扫描后的数据进行预处理

将扫描仪扫描到的CAD模型以及数据一同导入到专门的计算机软件中，先对扫描得到的数据进行预处理，之后再将圆形槽、孔、方孔等特征在CAD模型中创建出来，在扫描数据中通过自动创建特征命令将对应的特征自动进行创建。

3.将CAD数模与扫描数据采用RPS对齐法对齐

专门的数据处理软件可以提供特征对齐、RPS对齐、最佳拟合对齐等多种对齐方式，其中RPS对齐法的工作原理为：从汽车的开发到制造、从汽车的检测到批量装车，规定每一个环节都需要遵循同样的定位点。其采用的是基于约束的参考点系统地对齐方式，在保留模型中的关键点的基础上将CAD模型坐标和点云坐标系建立起联系[4]。这种对齐方式在对检测工件质量进行控制的过程中，会优先考虑比较关键的附加点，因此更加适合车身钣金件中的槽、孔等具有定位作用的，因此本文将CAD模型与扫描数据对齐时所采用的是RPS对齐法。

二、效果展示

采用将专业计算机处理软件以及手持型三维激光扫描仪相结合，在对钣金件进行系统检测时，无论是对偏差的量化能力还是对实际偏差的直观可视性效果都非常好，在实际操作还中避免了像三坐标测量机和检具等传统检测方法无法对大量零件进行监测的缺点，因此可以有效的对零件的品质问题进行管理[5]。利用扫描仪进行扫描检测，不仅可以有效缩短新车型开发的周期、减少开发新车型的成本，甚至对整车顺利装配成功都起到了很大的铺垫作用。因此，目前在航空以及汽车等多个领域，手持型扫描仪都得到了广泛的应用和认可。

三维扫描技术作为一种高新技术，是集电、光、机以及计算机等各领域技术于一体的，主要工作原理为对实物的色彩、结构以及空间外形进行三维激光扫描，以此来获得事物表面的空间坐标数据。其可以将事物的立体信息进行获取后转换为数字信号，这样通过计算机就可以直接进行处理，這样一来将实物向数字化转化就会更加快捷。不仅如此，通过三维扫描技术获得的测量结果还可以实现与许多其他相关软件如CAM、CAD、CIMS等技术的信息交互，如今CAM、CAD、CIMS等技术普及度越来越高，因此三维扫描技术也越来越受欢迎。三维扫描仪由于其突出的非接触性、精度高、速度快、使用便捷等诸多优点，在很多发达国家的制造行业中被越来越广泛的应用。不仅如此，由于其还可与CAM/CAD等软件直接通过接口对接，还可以直接在CAD等软件系统中对数据进行相应的修补与调整，最后再用于加工制造，这样一来更可以在极大程度上缩短整个产品制造的周期。

结语：

综上所述，激光技术以其突出的高聚集度以及单一性，在当今社会中被广泛的运用并获得了巨大的发展，不仅实现了从一维、二维直到现在已经被广泛运用的三维测量的发展，也实现了更加快速、精准的高精度测量。如今数字化城市、数字化地球等概念被频繁提出，由此可见，从静态到动态的过度、信息从二维到三维的转化即将成为促进我国可持续发展以及信息化建设的一个至关重要的武器。

参考文献

[1]魏志刚.汽车钣金件的三维激光扫描典型案例[J].科学咨询，2018，（32）：51-52.

[2]洪蕾，吴钢，高建远，等.钣金工艺中金属板材三维激光弯曲成形规律的研究[Z].上海海事大学.2007.

[3]郑冬黎，孙银健.车门内板复杂钣金件逆向建模方法探讨[J].湖北汽车工业学院学报，2013，27（2）：46-49.

[4]刘悦，纪东兵，潘婷婷.汽车副车架三维数字化形貌构建与检测[J].机械设计与制造，2019，（6）：80-83.

[5]王梅.基于AutoCAD的三维实体模型生成二维平面图形的方法[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2009，11（05）：13-15.