激光三坐標(biāo)掃描儀在鍛造行業(yè)檢驗工序中的應(yīng)用

韋維奇

摘 要：通過簡述鍛造行業(yè)的特殊性及鍛件尺寸檢測的特殊需求和對激光三坐標(biāo)掃描儀的產(chǎn)生背景描述，并簡述激光三坐標(biāo)掃描儀的技術(shù)原理和組成結(jié)構(gòu)，同時對激光三坐標(biāo)掃描儀與傳統(tǒng)鍛件劃線檢測手段的數(shù)據(jù)收集和對比分析。結(jié)果表明使用激光三坐標(biāo)掃描儀對鍛件尺寸進行檢測時作業(yè)步驟數(shù)少、檢測數(shù)度快、檢測精度高、所需輔助工具少、對人員要求低、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；對比；尺寸檢測；

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、人員勞動強度高等特點，在電子技術(shù)和機器人應(yīng)用突飛猛進的20世紀(jì)八十年代以后前三項難點已獲得基本解決，但是質(zhì)量控制效率低、人員勞動強度高特別是質(zhì)檢人員勞動強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，實時、動態(tài)、主動性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動化等特性，在鍛造行業(yè)檢驗工序中迅速獲得了廣泛的應(yīng)用，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

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)是近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，在國內(nèi)越來越引起研究領(lǐng)域的關(guān)注。它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標(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，同時還能連續(xù)采集和傳輸圖像，確保反射器亮起，并管理與計算機之間的交互和傳感器參數(shù)存儲。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。通過三角測量，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，通過投射到表面的激光線的觀察完成表面采集。隨著激光掃過表面，設(shè)備根據(jù)三角測量的定位記錄數(shù)據(jù)（如圖1所示）。

通過以上手段可快速復(fù)建出被測目標(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)對象的數(shù)據(jù)點，因此相對于傳統(tǒng)的單點測量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術(shù)突破。該技術(shù)在文物古跡保護、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計、建筑監(jiān)測、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評估、船舶設(shè)計、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)因為其價格低、檢測精度高、便攜性強，在鍛件產(chǎn)品檢測中應(yīng)用最為廣泛。它可快速測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，同時還能連續(xù)采集和傳輸圖像，并管理與計算機之間的交互和傳感器參數(shù)存儲。

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。通過三角測量，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，通過投射到表面的激光線的觀察完成表面采集。隨著激光掃過表面，設(shè)備根據(jù)三角測量的定位記錄數(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)，保證以上兩套相對獨立的設(shè)備的協(xié)作配合，同時接受計算機的控制，保證數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收集作業(yè)的正常進行。

3.4計算機----

計算機是三坐標(biāo)掃描儀專用軟件的載體，負責(zé)分析掃描攝像頭和雙攝像頭傳感器傳輸來的數(shù)據(jù)，同時反向監(jiān)控掃描攝像頭、雙攝像頭傳感器和控制器，保證數(shù)據(jù)的運行。

3.5打印機----

打印機是計算機運算數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)主要輸出設(shè)備，用于將計算機處理后的數(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激光掃描檢測與傳統(tǒng)鍛件劃線檢測手段的簡介和對比

4.1傳統(tǒng)劃線方式簡述（以曲軸鍛件檢測為例）----

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→校對中心→計算曲軸鍛件水平方向高度→劃曲軸鍛件橫向中心線→測量鍛打厚度方向直線度→測量平衡塊圓弧面半徑→計算曲軸水平方向高度→測量鍛打水平方向直線度→測量鍛件橫向尺寸→垂直放置曲軸→調(diào)垂直→人工計算縱向中心→劃縱向中心線→校對縱向中心→測量縱向尺寸→測量結(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)劃線檢測方試步驟多、工序復(fù)雜、執(zhí)行難度大、對人員要求高、效率低、誤差大、易出錯。

4.2激光掃描檢測方式簡述（以曲軸鍛件檢測為例）----

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)點個數(shù)最多的位置（一般要求不高）→啟動計算機專用軟件調(diào)整參數(shù)→粘貼定位標(biāo)點粘貼紙開始掃描→掃描完成后計算機專用軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)并在計算機屏幕上顯示鍛件模擬圖像→計算機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)激光掃描檢測方式步驟少、工序簡單、執(zhí)行難度小、對人員要求低、效率高、誤差小，不易出錯。

以下是兩種鍛件尺寸檢測方式的細節(jié)對比：

5優(yōu)劣判定和總結(jié)

通過上表中數(shù)據(jù)的對比我們可以發(fā)現(xiàn)使用激光三坐標(biāo)掃描儀對鍛件尺寸進行檢測時作業(yè)步驟數(shù)少、檢測數(shù)度快、檢測精度高、所需輔助工具少、對人員要求低、數(shù)據(jù)可靠性高，在總體效率上明顯超越傳統(tǒng)劃線檢驗方式，但是激光三坐標(biāo)掃描儀又存在著造價高、結(jié)構(gòu)相對復(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)前中國精密鍛造行業(yè)經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展其技術(shù)水平越來越高，其自動化水平和質(zhì)量水平直接決定了企業(yè)的競爭能力。因此，企業(yè)對檢驗手段的快速性、高效性、準(zhǔn)確性的要求也就越來越高，以求在激烈的市場競爭環(huán)境中奪得主動。

尋求和裝備快速、高效、準(zhǔn)確的檢驗設(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)劃線檢測手段因為檢測方式落后低效等因素必然要將檢驗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裝備。

參考文獻：

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