三維激光掃描技術(shù)主要利用激光測距原理來獲取目標(biāo)高精度立體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。該技術(shù)是隨空間點(diǎn)陣掃描技術(shù)和激光無反射棱鏡長距離快測距技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一項(xiàng)嶄新的革命性測繪技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于野外地質(zhì)測量勘測、橋梁結(jié)構(gòu)測量、古建筑高精度模擬存儲(chǔ)、公共服務(wù)等領(lǐng)域。

　　項(xiàng)目背景

　　一汽-大眾西南基地廠區(qū)成立于2009年，由沖壓、焊裝、涂裝以及總裝四大部分組成，目前主要進(jìn)行速騰和捷達(dá)兩款A(yù)級(jí)車的生產(chǎn)工作。從最初的5萬輛到2016年的70萬輛產(chǎn)能，一汽-大眾西南基地既完成了量的飛躍，同時(shí)恪守著對(duì)質(zhì)的堅(jiān)持。隨著時(shí)產(chǎn)量的提升，需要對(duì)原來的車間進(jìn)行改造以適應(yīng)新的形勢，滿足新的需求。

　　項(xiàng)目要求

　　1.對(duì)焊裝車間進(jìn)行掃描，獲取車間現(xiàn)狀點(diǎn)云，為后續(xù)的車間改造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

　　2.對(duì)掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接并刪除與生產(chǎn)線無關(guān)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

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

　　5.將設(shè)計(jì)的三維模型和點(diǎn)云三維模型導(dǎo)入到SIEMENS公司的Process系列軟件進(jìn)行對(duì)比和對(duì)車間進(jìn)行虛擬改建。

　　工作流程

　　1.點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取

　　在開始掃描前熟悉工廠環(huán)境，進(jìn)行掃描站點(diǎn)規(guī)劃：設(shè)備及遮擋物比較少的區(qū)域安排掃描站點(diǎn)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(diǎn)較多。站點(diǎn)與站點(diǎn)間要布置三個(gè)（或三個(gè)以上）互相通視的白色標(biāo)靶球，以便掃描后各站點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)拼接。

　　2.對(duì)掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)位置進(jìn)行掃描，才能得到汽車焊裝生產(chǎn)線完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。對(duì)各個(gè)掃描站點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行拼接才能實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系點(diǎn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過相鄰站點(diǎn)重疊點(diǎn)云比對(duì)，軟件自動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接，完成不同坐標(biāo)系點(diǎn)云數(shù)據(jù)整合到同一坐標(biāo)系。

圖1  NF車型主線拼接點(diǎn)云

　　3.刪除車間地面點(diǎn)云以及噪點(diǎn)

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

刪除地面及噪點(diǎn)后的點(diǎn)云

　　4.為點(diǎn)云模型建立大地坐標(biāo)系，輸出點(diǎn)云

　　由于掃描出來的點(diǎn)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(shí)坐標(biāo)。根據(jù)客戶提供的軸網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙，可以量測出每個(gè)柱子角點(diǎn)的坐標(biāo)值，需要將這些坐標(biāo)值賦予到點(diǎn)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(diǎn)目標(biāo)（拐角）”工具，可以快速的提取點(diǎn)云中柱子的拐點(diǎn)，對(duì)于一次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，需要用到三個(gè)點(diǎn)。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(shí)的坐標(biāo)。最后導(dǎo)出點(diǎn)云。

　　5.按點(diǎn)云現(xiàn)狀模型對(duì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行調(diào)整、構(gòu)建布局

　　先按照汽車焊裝生產(chǎn)線設(shè)計(jì)平面圖，對(duì)已有的三維CAD數(shù)據(jù)在SIEMENS公司Process Designer軟件中進(jìn)行布局，再將整合完成的點(diǎn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)不一致。對(duì)與點(diǎn)云位置不一致的設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，使設(shè)備三維特征與設(shè)備點(diǎn)云特征重疊設(shè)備完成位置校準(zhǔn)。車間會(huì)增加一些新設(shè)備，導(dǎo)入相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)模型，在軟件中進(jìn)行虛擬安裝。

　　結(jié)語

　　本次三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于汽車焊裝生產(chǎn)線三維數(shù)字化工廠構(gòu)建中，成功解決了原來以三維CAD數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化工廠構(gòu)建技術(shù)不能確保工廠的產(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(yùn)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(shí)間、較少的費(fèi)用構(gòu)建三維工廠布局，有效對(duì)工廠、設(shè)備進(jìn)行可視化管理，并且確保實(shí)際工廠的變更事項(xiàng)持續(xù)反映到原先被構(gòu)建的三維數(shù)字化工廠。

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