黑鷹直升機(jī)航電升級(jí)之逆向工程應(yīng)用實(shí)例

黑鷹直升機(jī)航電升級(jí)之逆向工程應(yīng)用實(shí)例
英國國防航空業(yè)巨頭BAE系統(tǒng)澳大利亞(BAE System Australia)，被要求對(duì)澳洲陸航下的黑鷹直升機(jī)機(jī)隊(duì)進(jìn)行航電系統(tǒng)升級(jí)。在這個(gè)計(jì)劃內(nèi)部BAE系統(tǒng)澳大利亞需要在短時(shí)間內(nèi)建構(gòu)高精度的黑鷹直升機(jī)的3D CAD，借著這個(gè)3D CAD可以反映出目前直升機(jī)機(jī)身的實(shí)際的機(jī)況及附加裝備。
而他們必須決定一個(gè)最快最有效的方式來掃描目前適航黑鷹直升機(jī)的3D數(shù)據(jù)，以便于此3D數(shù)據(jù)是基于最真實(shí)的基礎(chǔ)下而得到的。

項(xiàng)目目標(biāo)及概述
1)掃描外部機(jī)身，3D掃描資料須在可證實(shí)精度0.15mm內(nèi)。
2)掃描機(jī)身中央內(nèi)部也需在可證實(shí)精度0.15mm內(nèi)。
3)機(jī)身外部3D掃描數(shù)據(jù)與中央內(nèi)部掃描數(shù)據(jù)須定位置相同坐標(biāo)上
4)須在現(xiàn)場(chǎng)完成掃描工作且須在表訂的時(shí)間內(nèi)完成。
5)藉由3D的掃描數(shù)據(jù)建構(gòu)3D曲面且整合3D曲面模型來進(jìn)行曲面分析
因?yàn)檫@次項(xiàng)目的掃描對(duì)象是一架真實(shí)的直升機(jī)，機(jī)體尺寸很大且這次項(xiàng)目精度要求高，單掃描設(shè)備是無法符合這次項(xiàng)目的精度，所以此次項(xiàng)目是透過全球光學(xué)測(cè)量專業(yè)制造商GOM的ATOS非接觸光學(xué)掃描系統(tǒng)(Optical scanner )及TRITOP光學(xué)3D坐標(biāo)測(cè)量測(cè)系統(tǒng)(Photogrammetry)來搭配使用。
  Epoxy resin Manufacture
TRITOP Photogrammetry
TRITOP是以一手持式的高階數(shù)字相機(jī)，對(duì)被測(cè)物拍攝數(shù)碼相片，藉由2D數(shù)碼相片影像的迭合，來擷取被測(cè)物的3D坐標(biāo)，而這項(xiàng)移動(dòng)式的技術(shù)在對(duì)于擷取被測(cè)物的3D坐標(biāo) In Mould Labeling
在一開始進(jìn)行量測(cè)之前，先會(huì)在物體貼上標(biāo)簽點(diǎn)，再用高階數(shù)字相機(jī)進(jìn)行拍攝，在拍攝過程中，會(huì)拍攝許多不同的角度的影像，將這些影像讀入至TRITOP軟件，因?yàn)槊恳粡堄跋竦呐臄z角度不同，藉由每一張影像不同的角度，透過三角測(cè)距的方式，TRITOP軟件自動(dòng)的將這些影像結(jié)合起來經(jīng)過運(yùn)算之后，就可得到每一個(gè)標(biāo)簽點(diǎn)圓心的3D坐標(biāo)

ATOS Digitize
ATOS系統(tǒng)主要是由光柵投影設(shè)備及兩個(gè)工業(yè)級(jí)的CCD Camera所構(gòu)成，其原理就如同人類的兩雙眼睛，藉由光柵投影在待測(cè)物面上，并加以粗細(xì)變化及位移，配合CCD Camera將所擷取的數(shù)字影像透過計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理，即可得知待測(cè)物的3D外型。
而依照不同型號(hào)的測(cè)頭，單一比量測(cè)數(shù)據(jù)最多可從影像當(dāng)中擷取出80萬、140萬及400萬點(diǎn)。而單一筆的量測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出來之后，藉由標(biāo)簽點(diǎn)來定位，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算后會(huì)自動(dòng)定位回去，簡(jiǎn)單說就像3D的拼圖一般，把一個(gè)對(duì)象完整的拼湊出來，當(dāng)整個(gè)對(duì)象量測(cè)完成之后，所有的點(diǎn)群加總后便是真實(shí)物體的外形，再藉由運(yùn)算產(chǎn)生出STL格式的數(shù)據(jù)。
掃描過程說明
1)前置準(zhǔn)備
將直升機(jī)撐起保持固定狀態(tài)且將所有艙門關(guān)閉，放置編碼卷標(biāo)點(diǎn)及定位卷標(biāo)點(diǎn)于機(jī)身。由于拍攝過程有數(shù)個(gè)外觀及內(nèi)裝數(shù)據(jù)需要掃描，而需要建立多個(gè)掃描數(shù)據(jù)定位關(guān)系方便外觀及內(nèi)裝數(shù)據(jù)的整合。最終，整架直升機(jī)含外觀及內(nèi)裝數(shù)據(jù)共有41個(gè)掃描數(shù)據(jù)，41個(gè)數(shù)據(jù)總共約1200萬個(gè)點(diǎn)，整體精度保持于0.1mm。

Stage1：TRITOP
設(shè)置完成之后，先進(jìn)行了一個(gè)精度的測(cè)試。先去測(cè)量參考目標(biāo)再將結(jié)果與Laser Track的數(shù)據(jù)做比較，確認(rèn)拍攝精度符合此次的精度需求及TRITOP是符合澳大利亞陸軍量測(cè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，
TRITOP拍攝完成如下圖所示：

Stage2：ATOS
TRITOP拍攝完成后，接下來由ATOS量測(cè)3D數(shù)據(jù)，ATOS一個(gè)區(qū)域一個(gè)區(qū)域掃描，透過定位卷標(biāo)點(diǎn)將每一次的量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)位，如下圖所示。

Stage3：Modeling
完成量測(cè)之后，直接在ATOS軟件內(nèi)計(jì)算，產(chǎn)生高質(zhì)量的三角網(wǎng)格面(Polygon mesh)數(shù)據(jù)，最后將量測(cè)數(shù)據(jù)已STL格式輸出。此專案總共有2400多萬個(gè)三角網(wǎng)格面及1200多萬個(gè)點(diǎn)，故在建構(gòu)曲面前先將數(shù)據(jù)分割成為較小的3D數(shù)據(jù)方便曲面建構(gòu)
在建構(gòu)曲面時(shí)為要確保曲面建構(gòu)精度符合規(guī)定，會(huì)把建構(gòu)好的曲面讀入進(jìn)ATOS軟件來做比對(duì)，透過誤差分析，來了解曲面建構(gòu)質(zhì)量，確保曲面精度符合規(guī)定。最后將曲面給交由BAE系統(tǒng)澳大利亞由他們來設(shè)計(jì)航電升級(jí)設(shè)備。

結(jié)論：
1)      對(duì)于大型被測(cè)物透過ATOS/TRITOP能夠很快速及精準(zhǔn)的取得3D數(shù)據(jù)。
2)      真實(shí)反映機(jī)體實(shí)際情況
3)      數(shù)據(jù)能夠很方便的讀入所使用的曲面建構(gòu)軟件
跟傳統(tǒng)方式比，相較之下能夠節(jié)省許多的時(shí)間及成本 更多3D打印資訊 微信號(hào)：RATCool3D   http://www.ratc.com.cn   企鵝:2076056604