再制造毛坯的数字化测量

2.1 数字化测量设备

    按照测量仪与被测物体是否接触,数字化测量设备分为接触式与非接触式。目前，逆向工程中常用的测量设备有三坐标测量机(CMM)、激光三维数字化仪和工业CT机等[4,5]。由于测量原理的不同,各种设备各有优劣。选择何种数字化设备应综合考虑再制造毛坯的大小、形状、精度等因素。

    本文中作为实例处理的再制造毛坯为轴面磨损的坦克扭力轴、齿面损伤的圆锥齿轮等,采用了装备再制造国家重点实验室研发的“机器人+扫描仪+变位机”的数字化测量装置。扫描仪为加拿大Lumenera公司生产的Lu050型三维激光扫描仪，扫描精度0.048mm，量测景深30.0mm；夹持扫描仪运动来变换扫描范围的机器人为ABB公司的IRB2400/16机器人，具有6自由度，单向姿态可重复度为0.06mm；变位机是零件装卡装置，承载能力9800N，重复定位精度0.lmm（R＝250mm处）。

2.2 测量前处理

    在应用测量设备进行数据获取前，有许多实际问题必须要解决[5]。

1)标定与精度问题

    所有的测量方法都要标定。采用“机器人+扫描仪+变位机”进行测量时，标定分为内部标定和外部标定。内部标定是指确定三维激光扫描仪中物点到像点的非线性关系，是获取物体三维坐标的关键，直接影响到测量数据的精度；外部标定是确定扫描仪、运动装置、装卡装置的相互关系，扫描路径的移动误差也会降低测量精度。

2)确定扫描区域

    测量前,应首先分析被测毛坯的形状，同时结合所用设备的特性参数(景深、测量精度等)，并充分考虑测量的可及性等,确定需要扫描的区域。

    再制造毛坯的扫描区域除损伤部位外,还需选择适当的未损伤或损伤程度较轻的区域或具有基本特征(如:平面、柱面、球面等)的区域。这些区域的点云将用于测量点云的多视拼合、模型配准等,以保证评价分析的精度。

3)零件表面处理

    为防止数据失真,达到最佳的扫描精度,在扫描之前应对再制造毛坯表面进行清洁；有时在被测量表面还要均匀地喷上白漆或显影剂。

4)规划扫描方式

测量前,一般还需要规划出扫描方式。根据工件的结构特点,判断是采用旋转测量还是平面测量、自动测量还是手动测量等。采用分区扫描策略，每次扫描较小的范围，通过拼合形成最终结果，可降低绝对误差；多方位的扫描，则能有效克服物体形状复杂而造成的遮挡问题。