整車掃描技術的研究與應用

劉海波 楊付四 陳剛 孫忠武

摘要：目前市場上整車掃描大體分為自動機器人和人工手持式掃描，對于研發(fā)單位主要使用人工手持式掃描設備為主。不管使用市場上哪一類型的手持式掃描儀對整車進行掃描，由于掃描的車型高低、大小不同都會存在一定的局限性，導致整車掃描的工時過多或場地不足。本文通過研究市場上主流的手持式人工掃描設備，在掃描整車時的優(yōu)劣性進行分析。研究出一套針對不同車型的整車掃描的方案。對場地、工時和成本進行有效控制。

點云數據：是通過使用測量儀器掃描產品及其組成部分的表面，得到的點數據集合，每個點包含有三維坐標、反射強度、或色彩特征等信息。

定位坐標點：指粘貼在被掃描工件表面用于確定掃描三維圖像空間關系的標記點。

基準點：掃描大件的多面體結構時，為了使兩個或兩個以上的面在同一基準上進行的掃描，設置的共用點。

前言

對于人工手持式掃描的設備，目前市場上大多采用激光技術，各種設備對于掃描整車來說或多或少都有一定的局限性，一個是單幅掃描區(qū)域的局限，掃描區(qū)域越小就會貼更多的目標點（手持式需要粘貼2000多個目標點），貼的目標點越多，對于成本和工時（包括撕點）也會消耗越多。相反掃描區(qū)域或識別區(qū)域越大，對于場地的要求也會越大（拍照或者接受點距離2米左右），所以我們根據設備的優(yōu)點，不同廠家不同大小的設備配合使用，提出一套較優(yōu)的整車掃描方案。

1 手持式激光掃描原理

掃描儀上的相機獲得投影到被掃描物件的激光，該激光會隨物件的形狀發(fā)生變形，通過計算獲得激光線所投影的線性三維信息。掃描儀再根據固定在物件表面的定位標識點來定位掃描儀在掃描過程中的空間位置，這些空間位置被用于空間位置轉換。當掃描儀移動時，不斷獲取激光所經過位置的三維信息，從而形成連續(xù)的三維數據。

2 ?掃描設備優(yōu)缺點

目前國內外掃描設備廠家較多，每套設備來說各有優(yōu)劣勢。我們將掃描儀的識別區(qū)域的大小，分為大設備和小設備兩種。

比如大設備：貼定位標識點較少，直接錄點不用經過保存轉化。缺點：車身較高的車型來說（SUV、MPV）車頂的基準點較難放置和錄取;需要較大的場地和良好的視野，6/7座車型的第三排座椅、地毯和假人掃描無法掃描。

第二種小設備：使用空間小，靈活。缺點：掃描識別區(qū)域較小，需要粘貼更多的標識點來定位，增加貼點撕點的工時和成本。

兩種設備之間是否可以優(yōu)劣互補呢？用大設備錄點用小設備來掃描、用小設備拍照用大設備掃描或者大設備與大設備之間小設備與小設備之間相互取長補短呢？

3 ?整車掃描原理分析及驗證

我們將整車掃描流程進行分析：

通過整車掃描的流程分析，可以看出不管什么設備都需要經過點的保存和導入，這樣我們可以將所有設備的點采集和掃描分為兩部分，只要點能夠識別成功，且保存為掃描軟件識別的格式，都能順利地進行識別掃描。

我們將不同廠家和不同錄點的設備進行試驗，1、掃描拍照一體式，2、數碼相機，3、專用拍攝儀進行錄點，驗證了以上推理。但是在點的格式轉化時，或者在另一臺設備上識別掃描時會不會有精度損失，損失的精度能否滿足我們整車掃描呢？還需進行一般驗證。

4 精度驗證

在車身前端放置兩顆標準球，首先以最短距離（不超過1米）多次掃描出兩個球的球心距離，取其平均值，作為標準值，再沿著一個球的一側進行拍照，另一個球結束。將拍照完后的點分別用原套設備、其他公司的A設備、B設備分別進行掃描，測量球距離。

4.1各設備精度

4.2 數據掃描收集

原設備進行拍照，沿著一個球的一側，逐步拍攝到另一側，確認各定位點坐標，作為基礎數據。

1）用原設備掃描多次得出數據。

2）將拍攝坐標點導入到其他公司設備A，再掃描多次得出數據。

3）將拍攝坐標點導入到其他公司設備B，再掃描多次得出數據。

經過試驗沿著12米的路線進行掃描，誤差±1毫米之內，對于整車掃描來說該誤差可以接受。通過以上實驗得出以下結論：

1）拍攝后的坐標點，能夠在大多數不同廠家的設備上進行使用（只要格式可以識別）。

2）拍攝的坐標點精度不會根據格式的變動改變，也不會導入到其他廠家的設備而改變。

3）按理在使用同一拍攝的坐標點時，掃描的精度取決于掃描儀的掃描精度，其他因素不變的情況下，掃描儀的精度越高掃出的3D圖形精度越高，反之亦然。

點在錄取和拍攝中，根據標尺或整車點進行誤差均分，不會存在誤差應掃描路線而積累，所以當點的坐標固定，在其他因素（環(huán)境、人員等）三維掃描的精度就只與掃描設備有關。

5 實際應用

在整車掃描中，整車掃描以大設備為主，可以貼較少的點，至于采用直接錄點和拍照錄點還需要根據車身的高度進行判斷，如果車身較高，難以放置和錄取基準點，就用拍照+點識別方式;如果車身較低想要識別區(qū)大貼點掃那么就需要使用到接收器，但是對于第三排座椅來說，由于車門開度有限掃描頭無法連接到接收器，這是就需要大小設備進行配合使用。

參考文獻：

[1]羅先波、鐘約先、李仁舉、三維掃描系統(tǒng)中的數據配準技術。清華大學報：自然科學版，2004。張結實、李玉杰、肖瑤、關節(jié)臂式坐標測量系統(tǒng)整車掃描方案優(yōu)化，中國新技術新產品 2019。

[2]嚴麗萍、淺析三維激光掃描技術的應用于發(fā)展，創(chuàng)新與實踐2019。

作者簡介：劉海波，1984.2，男，漢族，四川;本科，工程師，一直從事汽車制造和研究行業(yè)至今，編制多篇公司的相關制度和指南等。

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