韋維奇

摘 要：通過(guò)簡(jiǎn)述鍛造行業(yè)的特殊性及鍛件尺寸檢測(cè)的特殊需求和對(duì)激光三坐標(biāo)掃描儀的產(chǎn)生背景描述，并簡(jiǎn)述激光三坐標(biāo)掃描儀的技術(shù)原理和組成結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)激光三坐標(biāo)掃描儀與傳統(tǒng)鍛件劃線檢測(cè)手段的數(shù)據(jù)收集和對(duì)比分析。結(jié)果表明使用激光三坐標(biāo)掃描儀對(duì)鍛件尺寸進(jìn)行檢測(cè)時(shí)作業(yè)步驟數(shù)少、檢測(cè)數(shù)度快、檢測(cè)精度高、所需輔助工具少、對(duì)人員要求低、數(shù)據(jù)可靠性高，在總體效率上明顯超越傳統(tǒng)劃線檢驗(yàn)方式。

關(guān)鍵詞：激光三坐標(biāo)掃描儀；技術(shù)原理；組成結(jié)構(gòu)；傳統(tǒng)鍛件劃線；對(duì)比；尺寸檢測(cè)；

1 引言

鍛造行業(yè)屬于特種加工行業(yè)，具有產(chǎn)品溫度高、加工難度大、生產(chǎn)節(jié)拍快、質(zhì)量控制效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在電子技術(shù)和機(jī)器人應(yīng)用突飛猛進(jìn)的20世紀(jì)八十年代以后前三項(xiàng)難點(diǎn)已獲得基本解決，但是質(zhì)量控制效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度高特別是質(zhì)檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度高的兩大難題并未獲得根本性解決。因此，廣大鍛造行業(yè)的科研人員不斷的在尋求新的更高效更快速更高精度的鍛造產(chǎn)品測(cè)量（尺寸）技術(shù)手段。三維激光掃描技術(shù)依靠其所具有的快速性，不接觸性，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動(dòng)化等特性，在鍛造行業(yè)檢驗(yàn)工序中迅速獲得了廣泛的應(yīng)用，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2激光三坐標(biāo)掃描技術(shù)原理

激光三坐標(biāo)掃描技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù)，在國(guó)內(nèi)越來(lái)越引起研究領(lǐng)域的關(guān)注。它是利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，具體可描述為：掃描攝像頭配備雙攝像頭傳感器，能夠在其操作空間內(nèi)測(cè)量反射器。雙攝像頭傳感器還可提供掃描攝像頭的精確定位，同時(shí)還能連續(xù)采集和傳輸圖像，確保反射器亮起，并管理與計(jì)算機(jī)之間的交互和傳感器參數(shù)存儲(chǔ)。雙攝像頭傳感器的攝像頭在掃描攝像頭上看到相同的定位目標(biāo)圖案。通過(guò)三角測(cè)量，軟件能夠確定掃描儀的位置，找到掃描儀在空間中的位置后，通過(guò)投射到表面的激光線的觀察完成表面采集。隨著激光掃過(guò)表面，設(shè)備根據(jù)三角測(cè)量的定位記錄數(shù)據(jù)（如圖1所示）。

通過(guò)以上手段可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)化到面測(cè)量的革命性技術(shù)突破。該技術(shù)在文物古跡保護(hù)、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑監(jiān)測(cè)、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評(píng)估、船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域也有了很多的嘗試、應(yīng)用和探索。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。按照載體的不同，三維激光掃描系統(tǒng)又可分為機(jī)載、車載、地面和手持型幾類。

其中手持型三維激光掃描系統(tǒng)因?yàn)槠鋬r(jià)格低、檢測(cè)精度高、便攜性強(qiáng)，在鍛件產(chǎn)品檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛。它可快速測(cè)得物體的輪廓集合數(shù)據(jù)，并加以建構(gòu)，編輯，修改生成通用輸出格式的曲面數(shù)字化模型，并且能直觀、準(zhǔn)確、快速的輸出檢測(cè)數(shù)據(jù)。顯著提高了工作效率和質(zhì)量！

3激光三坐標(biāo)掃描儀組成結(jié)構(gòu)

3.1掃描攝像頭（如圖2所示）----

激光三坐標(biāo)掃描儀一般配備一組掃描攝像頭，能夠在其操作空間內(nèi)測(cè)量反射器。掃描攝像頭依靠雙攝像頭傳感器的精確定位，同時(shí)還能連續(xù)采集和傳輸圖像，并管理與計(jì)算機(jī)之間的交互和傳感器參數(shù)存儲(chǔ)。

3.2雙攝像頭傳感器（如圖3所示）----

雙攝像頭傳感器的攝像頭在掃描攝像頭上看到相同的定位目標(biāo)圖案。通過(guò)三角測(cè)量，軟件能夠確定掃描儀的位置，找到掃描儀在空間中的位置后，通過(guò)投射到表面的激光線的觀察完成表面采集。隨著激光掃過(guò)表面，設(shè)備根據(jù)三角測(cè)量的定位記錄數(shù)據(jù)。

3.3控制器（如圖4所示）----

三坐標(biāo)掃描儀控制器的主要作用是控制掃描攝像頭和雙攝像頭傳感器之間的配合作業(yè)，保證以上兩套相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備的協(xié)作配合，同時(shí)接受計(jì)算機(jī)的控制，保證數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收集作業(yè)的正常進(jìn)行。

3.4計(jì)算機(jī)----

計(jì)算機(jī)是三坐標(biāo)掃描儀專用軟件的載體，負(fù)責(zé)分析掃描攝像頭和雙攝像頭傳感器傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，同時(shí)反向監(jiān)控掃描攝像頭、雙攝像頭傳感器和控制器，保證數(shù)據(jù)的運(yùn)行。

3.5打印機(jī)----

打印機(jī)是計(jì)算機(jī)運(yùn)算數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)主要輸出設(shè)備，用于將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)打印在相關(guān)介質(zhì)（紙張）上，供技術(shù)人員查閱和備案。

4激光掃描檢測(cè)與傳統(tǒng)鍛件劃線檢測(cè)手段的簡(jiǎn)介和對(duì)比

4.1傳統(tǒng)劃線方式簡(jiǎn)述（以曲軸鍛件檢測(cè)為例）----

傳統(tǒng)劃線方式步驟和方式較復(fù)雜，大致可分為：調(diào)平曲軸鍛件→校對(duì)中心→計(jì)算曲軸鍛件水平方向高度→劃曲軸鍛件橫向中心線→測(cè)量鍛打厚度方向直線度→測(cè)量平衡塊圓弧面半徑→計(jì)算曲軸水平方向高度→測(cè)量鍛打水平方向直線度→測(cè)量鍛件橫向尺寸→垂直放置曲軸→調(diào)垂直→人工計(jì)算縱向中心→劃縱向中心線→校對(duì)縱向中心→測(cè)量縱向尺寸→測(cè)量結(jié)果的處理等步驟。

從以上描述和圖2-圖9的展示中我們可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)劃線檢測(cè)方試步驟多、工序復(fù)雜、執(zhí)行難度大、對(duì)人員要求高、效率低、誤差大、易出錯(cuò)。

4.2激光掃描檢測(cè)方式簡(jiǎn)述（以曲軸鍛件檢測(cè)為例）----

將曲軸鍛件擺放于雙攝像頭傳感器的攝像頭能發(fā)現(xiàn)定位標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)最多的位置（一般要求不高）→啟動(dòng)計(jì)算機(jī)專用軟件調(diào)整參數(shù)→粘貼定位標(biāo)點(diǎn)粘貼紙開始掃描→掃描完成后計(jì)算機(jī)專用軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示鍛件模擬圖像→計(jì)算機(jī)按照事先編輯好的數(shù)據(jù)（表格）顯示數(shù)據(jù)→操作打印機(jī)打印數(shù)據(jù)。

從以上描述和圖13 - 圖17的展示中我們可以發(fā)現(xiàn)激光掃描檢測(cè)方式步驟少、工序簡(jiǎn)單、執(zhí)行難度小、對(duì)人員要求低、效率高、誤差小，不易出錯(cuò)。

以下是兩種鍛件尺寸檢測(cè)方式的細(xì)節(jié)對(duì)比：

5優(yōu)劣判定和總結(jié)

通過(guò)上表中數(shù)據(jù)的對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)使用激光三坐標(biāo)掃描儀對(duì)鍛件尺寸進(jìn)行檢測(cè)時(shí)作業(yè)步驟數(shù)少、檢測(cè)數(shù)度快、檢測(cè)精度高、所需輔助工具少、對(duì)人員要求低、數(shù)據(jù)可靠性高，在總體效率上明顯超越傳統(tǒng)劃線檢驗(yàn)方式，但是激光三坐標(biāo)掃描儀又存在著造價(jià)高、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、保養(yǎng)要求高等不足，一般的中小企業(yè)難以大規(guī)模普及應(yīng)用的不足。

當(dāng)前中國(guó)精密鍛造行業(yè)經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的發(fā)展其技術(shù)水平越來(lái)越高，其自動(dòng)化水平和質(zhì)量水平直接決定了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，企業(yè)對(duì)檢驗(yàn)手段的快速性、高效性、準(zhǔn)確性的要求也就越來(lái)越高，以求在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中奪得主動(dòng)。

尋求和裝備快速、高效、準(zhǔn)確的檢驗(yàn)設(shè)備已成為大型鍛造企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)途徑，而傳統(tǒng)劃線檢測(cè)手段因?yàn)闄z測(cè)方式落后低效等因素必然要將檢驗(yàn)的主體地位讓位于類似激光三坐標(biāo)掃描儀等類型的高科技檢驗(yàn)裝備。

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