基于逆向工程技术的汽车壳体三维扫描系统优化设计
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收稿日期：２０１７ １０ ２６； 修回日期：２０１７ １２ ０４。 作者简介：吴云霞（１９８８ ），女，江 西 南 昌 人，硕 士，讲 师，主 要从事汽车造型逆向工程技术方向的研究。 赵红霞（１９７１ ），女，河北 沧 州 人，博 士 后，教 授，副 院 长，主 要从事无损检测与工程仿生方向的研究。
设计与应用
计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０１８．２６（７） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
· １６９ ·
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１８）０７ ０１６９ ０４ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１８．０７．０３７ 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ
（１．Ｊｉａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎ ３４３０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎ ３４３００９，Ｃｈｉｎａ； ３．ＪｉａｎＲｕｉＰｅｎｇｆｅｉＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉａｎ ３４３１００，Ｃｈｉｎａ）
关键词：逆向工程；汽车壳体；三维扫描；系统；优化设计
犗狆狋犻犿狌犿 犇犲狊犻犵狀狅犳犜犺狉犲犲－ 犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾犛犮犪狀狀犻狀犵犛狔狊狋犲犿犳狅狉犃狌狋狅犿狅犫犻犾犲 犛犺犲犾犾犅犪狊犲犱狅狀犚犲狏犲狉狊犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔
Ｗｕ Ｙｕｎｘｉａ１，ＺｈａｏＸｉａｏｙｕ１，Ｚｈａｏ Ｈｏｎｇｘｉａ２，ＹａｎｇＸｉｎｇｄｏｎｇ３
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒｅｖｅｒｓｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈｅｌｌ；３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇ；ｓｙｓｔｅｍ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ
０ 引 言
三维扫描系统是集光、机、电、计算机技术为一体的 新型扫描系统，它主要用于空间物体外形、结构及色彩的 扫描，将物体立体信息变换为可以利用计算机直接进行处 理的信号，获 得 物 体 空 间 表 面 坐 标，实 现 物 体 的 三 维 扫 描 。 ［１］ 汽车壳体 三 维 扫 描 系 统 对 汽 车 壳 体 进 行 扫 描， 通 过 重构汽车壳体模型，对汽车壳体曲面进行制造，或对汽车 壳体曲面损伤进行修复，为专业的汽车制造维修人员提供 极大帮助 。 ［２］ 现有的汽 车 壳 体 三 维 扫 描 系 统 采 用 激 光 技 术， 对汽车壳体曲面进行扫描。该系统操作技术单一，在壳体 曲面扫描点的自校准过程中，校准精度不高，导致扫描效 果不理想，且扫描速度较慢，致使汽车壳体曲面的三维扫
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄａｔａｃａｐｔｕｒｅ，ｌｏｗｓｃａｎｎｉｎｇｒａｔｅａｎｄｌｏｗｓｃａｎｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆ ｔｈｅｓｈｅｌｌ，ｔｈｅ３ＤｓｃａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈｅｌｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＲｅｖｅｒｓｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈｅｌｌ３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｐａｒｔｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｌｉｎｅ ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ，ｃａｍｅｒａ，ｄａｔａｃａｐｔｕｒｅｃａｒｄａｎｄｏｔｈｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｈｅｌｌｓｃａｎｎｉｎｇｐｏｉｎｔｉｎｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｐａｒｔｏｆｔｈｅ ｓｅｌｆｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｖｅｈｉｃｌｅｓｈｅｌｌｓｕｒｆａｃｅ３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈｅｌｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎ３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｈａｓｈｉｇｈｄａｔａｃａｐｔｕｒｅｅｆｆｉ ｃｉｅｎｃｙ，ｆａｓｔｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｈｉｇｈｓｃａｎｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｈｅｌｌｓｕｒｆａｃｅ．
基于逆向工程技术的汽车壳体 三维扫描系统优化设计
吴 云 霞１， 赵 小 雨１， 赵 红 霞２， 杨 幸 东３
（１． 吉安职业技术学院，江西 吉安 ３４３０００；２． 井冈山大学，江西 吉安 ３４３００９； ３． 吉安市瑞鹏飞精密科技有限公司，江西 吉安 ３４３１００）
摘要：提出基于逆向工程技术的汽车壳体三维扫描系统优化设计，以解决传统三维扫描系统存在的数据捕捉效率低、 扫描速率低、壳体扫描精度低等问题；依据汽车壳体三维扫描系统硬件整体结构，对硬件部分的激光线光源、摄像机、数 据捕捉卡等设备进行改进设计；优化软件部分的壳体扫描点自校准过程和汽车壳体曲面三维扫描过程，实现基于逆向工程 技术的汽车壳体三维扫描系统优化设计；实验结果表明，该系统数据捕捉效率高、扫描速度快、壳体曲面扫描精度高。
１ 硬 件 设 计
要设计出性能更优的汽车壳体三维扫描系统，采用逆 向工程技术，先对汽车壳体三维扫描系统的硬件部分进行 改进。系统 硬 件 部 分 主 要 由 激 光 线 光 源、摄 像 机、 数 据 捕 捉卡等设备组成［５６］。各 部 件 协 同 配 合，完 成 汽 车 壳 体 数 据 的捕捉，这也是基于逆向工程技术汽车壳体三维扫描系统 硬件部分的主要功能。对各部件进行优化，可有效提高汽 车壳体数据的捕捉效率。具体优化过程描述如下：
描精度较低， 不 能 满 足 三 维 扫 描 系 统 的 设 计 需 求 。 ［３］ 逆 向 工程技术以物体的形状、表层数据点等为研究对象，可实 现数据的高精度捕 捉 等 处 理，提 高 三 维 扫 描 系 统 的 性 能 。 ［４］ 为改进传统三维扫描系统，提出基于逆向工程技术的汽车 壳体三维扫描系统优化设计。先对系统硬件进行改进，引 入逆向工程技术对系统软件进行优化，完成系统的优化设 计。实验证 明， 该 系 统 数 据 捕 捉 效 率 高、 扫 描 速 度 快、 壳 体曲面扫描精度高。
设计与应用
计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０１８．２６（７） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
· １６９ ·
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１８）０７ ０１６９ ０４ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１８．０７．０３７ 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ
（１．Ｊｉａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎ ３４３０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎ ３４３００９，Ｃｈｉｎａ； ３．ＪｉａｎＲｕｉＰｅｎｇｆｅｉＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉａｎ ３４３１００，Ｃｈｉｎａ）
关键词：逆向工程；汽车壳体；三维扫描；系统；优化设计
犗狆狋犻犿狌犿 犇犲狊犻犵狀狅犳犜犺狉犲犲－ 犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾犛犮犪狀狀犻狀犵犛狔狊狋犲犿犳狅狉犃狌狋狅犿狅犫犻犾犲 犛犺犲犾犾犅犪狊犲犱狅狀犚犲狏犲狉狊犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔
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０ 引 言
三维扫描系统是集光、机、电、计算机技术为一体的 新型扫描系统，它主要用于空间物体外形、结构及色彩的 扫描，将物体立体信息变换为可以利用计算机直接进行处 理的信号，获 得 物 体 空 间 表 面 坐 标，实 现 物 体 的 三 维 扫 描 。 ［１］ 汽车壳体 三 维 扫 描 系 统 对 汽 车 壳 体 进 行 扫 描， 通 过 重构汽车壳体模型，对汽车壳体曲面进行制造，或对汽车 壳体曲面损伤进行修复，为专业的汽车制造维修人员提供 极大帮助 。 ［２］ 现有的汽 车 壳 体 三 维 扫 描 系 统 采 用 激 光 技 术， 对汽车壳体曲面进行扫描。该系统操作技术单一，在壳体 曲面扫描点的自校准过程中，校准精度不高，导致扫描效 果不理想，且扫描速度较慢，致使汽车壳体曲面的三维扫
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄａｔａｃａｐｔｕｒｅ，ｌｏｗｓｃａｎｎｉｎｇｒａｔｅａｎｄｌｏｗｓｃａｎｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆ ｔｈｅｓｈｅｌｌ，ｔｈｅ３ＤｓｃａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈｅｌｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＲｅｖｅｒｓｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈｅｌｌ３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｐａｒｔｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｌｉｎｅ ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ，ｃａｍｅｒａ，ｄａｔａｃａｐｔｕｒｅｃａｒｄａｎｄｏｔｈｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｈｅｌｌｓｃａｎｎｉｎｇｐｏｉｎｔｉｎｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｐａｒｔｏｆｔｈｅ ｓｅｌｆｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｖｅｈｉｃｌｅｓｈｅｌｌｓｕｒｆａｃｅ３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈｅｌｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎ３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｈａｓｈｉｇｈｄａｔａｃａｐｔｕｒｅｅｆｆｉ ｃｉｅｎｃｙ，ｆａｓｔｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｈｉｇｈｓｃａｎｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｈｅｌｌｓｕｒｆａｃｅ．
基于逆向工程技术的汽车壳体 三维扫描系统优化设计
吴 云 霞１， 赵 小 雨１， 赵 红 霞２， 杨 幸 东３
（１． 吉安职业技术学院，江西 吉安 ３４３０００；２． 井冈山大学，江西 吉安 ３４３００９； ３． 吉安市瑞鹏飞精密科技有限公司，江西 吉安 ３４３１００）
摘要：提出基于逆向工程技术的汽车壳体三维扫描系统优化设计，以解决传统三维扫描系统存在的数据捕捉效率低、 扫描速率低、壳体扫描精度低等问题；依据汽车壳体三维扫描系统硬件整体结构，对硬件部分的激光线光源、摄像机、数 据捕捉卡等设备进行改进设计；优化软件部分的壳体扫描点自校准过程和汽车壳体曲面三维扫描过程，实现基于逆向工程 技术的汽车壳体三维扫描系统优化设计；实验结果表明，该系统数据捕捉效率高、扫描速度快、壳体曲面扫描精度高。
１ 硬 件 设 计
要设计出性能更优的汽车壳体三维扫描系统，采用逆 向工程技术，先对汽车壳体三维扫描系统的硬件部分进行 改进。系统 硬 件 部 分 主 要 由 激 光 线 光 源、摄 像 机、 数 据 捕 捉卡等设备组成［５６］。各 部 件 协 同 配 合，完 成 汽 车 壳 体 数 据 的捕捉，这也是基于逆向工程技术汽车壳体三维扫描系统 硬件部分的主要功能。对各部件进行优化，可有效提高汽 车壳体数据的捕捉效率。具体优化过程描述如下：
描精度较低， 不 能 满 足 三 维 扫 描 系 统 的 设 计 需 求 。 ［３］ 逆 向 工程技术以物体的形状、表层数据点等为研究对象，可实 现数据的高精度捕 捉 等 处 理，提 高 三 维 扫 描 系 统 的 性 能 。 ［４］ 为改进传统三维扫描系统，提出基于逆向工程技术的汽车 壳体三维扫描系统优化设计。先对系统硬件进行改进，引 入逆向工程技术对系统软件进行优化，完成系统的优化设 计。实验证 明， 该 系 统 数 据 捕 捉 效 率 高、 扫 描 速 度 快、 壳 体曲面扫描精度高。