一、前言

三維激光掃描技術(shù)通過三維掃描獲取高精度立體三維點云數(shù)據(jù)，建立所見即所得三維模型，利用三維模型進行數(shù)據(jù)管理后續(xù)科學(xué)規(guī)劃應(yīng)用，三維掃描是當(dāng)前重要現(xiàn)代測量測繪技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于野外地質(zhì)測量勘測、橋梁結(jié)構(gòu)測量、工廠改造數(shù)字化管理、智能制造、古建筑高精度模擬存儲、公共安全等領(lǐng)域。

二、項目背景

隨著汽車市場銷售量的不斷增加，某汽車生產(chǎn)基地廠區(qū)在增加原有量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對廠區(qū)車間進行改造，以適應(yīng)新的生產(chǎn)發(fā)展趨勢，滿足新需求

三、項目要求

　　1.對焊裝車間進行掃描，獲取車間現(xiàn)狀點云，為后續(xù)的車間改造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

　　2.對掃描獲得的數(shù)據(jù)進行拼接并刪除與生產(chǎn)線無關(guān)的點云數(shù)據(jù)；

　　3.將焊裝車間點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系，輸出點云；

　　4.將設(shè)計的三維模型和點云三維模型導(dǎo)入到SIEMENS公司的Process系列軟件進行對比和對車間進行虛擬改建。

四、工作流程

　　4.1.點云數(shù)據(jù)的獲取

　　在開始掃描前熟悉工廠環(huán)境，進行掃描站點規(guī)劃：設(shè)備及遮擋物比較少的區(qū)域安排掃描站點較少；設(shè)備復(fù)雜，遮擋物多，工作環(huán)境復(fù)雜區(qū)域，安排掃描站點較多。站點與站點間要布置三個（或三個以上）互相通視的白色標(biāo)靶球，以便掃描后各站點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)拼接。

　4.2.對掃描獲得的數(shù)據(jù)進行拼接

由于汽車焊裝生產(chǎn)線設(shè)備復(fù)雜遮擋物多，所以需要多個位置進行掃描，才能得到汽車焊裝生產(chǎn)線完整的點云數(shù)據(jù)。對各個掃描站點數(shù)據(jù)點云進行拼接才能實現(xiàn)不同坐標(biāo)系點云數(shù)據(jù)整合到同一坐標(biāo)系下。在RealWorks軟件下，將不同測站的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過相鄰站點重疊點云比對，軟件自動進行點云數(shù)據(jù)拼接，完成不同坐標(biāo)系點云數(shù)據(jù)整合到同一坐標(biāo)系。

圖1  NF車型主線拼接點云

　　4.3.刪除車間地面點云以及噪點

　　汽車焊裝生產(chǎn)線設(shè)備較多，掃描點云數(shù)量龐大，含有大量的多余信息。通過對點的數(shù)據(jù)整理，消除噪點并刪除與生產(chǎn)線無關(guān)的點云。

4.4為點云模型建立大地坐標(biāo)系，輸出點云

　　由于掃描出來的點云是測站坐標(biāo)系，拼接完成之后的數(shù)據(jù)仍然是以某一站為基準(zhǔn)的測站坐標(biāo)系。所以，需要將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到焊裝車間的真實坐標(biāo)。根據(jù)客戶提供的軸網(wǎng)設(shè)計圖紙，可以量測出每個柱子角點的坐標(biāo)值，需要將這些坐標(biāo)值賦予到點云中相應(yīng)的位置去。首先，利用TRW軟件中“目標(biāo)分析器”功能下的“點目標(biāo)（拐角）”工具，可以快速的提取點云中柱子的拐點，對于一次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，需要用到三個點。然后，利用配準(zhǔn)下的“地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”工具，為上步選取的目標(biāo)賦予真實的坐標(biāo)。最后導(dǎo)出點云。

4.5按點云現(xiàn)狀模型對設(shè)計設(shè)計模型進行調(diào)整、構(gòu)建布局

　　先按照汽車焊裝生產(chǎn)線設(shè)計平面圖，對已有的三維CAD數(shù)據(jù)在SIEMENS公司Process Designer軟件中進行布局，再將整合完成的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入SIEMENS公司的Process Simulate軟件。由于產(chǎn)線設(shè)備存在安裝誤差和生產(chǎn)過程的位置誤差，在Process Simulate軟件中有許多設(shè)備位置與點云數(shù)據(jù)不一致。對與點云位置不一致的設(shè)備進行旋轉(zhuǎn)、移動，使設(shè)備三維特征與設(shè)備點云特征重疊設(shè)備完成位置校準(zhǔn)。車間會增加一些新設(shè)備，導(dǎo)入相關(guān)設(shè)備的設(shè)計模型，在軟件中進行虛擬安裝。

五、總結(jié)

本次通過三維掃描技術(shù)對汽車焊裝生產(chǎn)線改造項目，成功解決了工廠的產(chǎn)品、設(shè)備、水電氣管及建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件完整性和準(zhǔn)確性的問題。運用三維激光掃描技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域可以用較短的時間、較少的費用構(gòu)建三維工廠布局，有效對工廠、設(shè)備進行可視化管理，并且確保實際工廠的變更事項持續(xù)反映到原先構(gòu)建的三維數(shù)字化工廠中。

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