(天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350)

一、 數(shù)據(jù)采集分析

逆向工程技術(shù)是現(xiàn)階段生產(chǎn)制造方式推崇的一種新模式，提升產(chǎn)品復(fù)制精度、優(yōu)化復(fù)制方式，是縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品研究開發(fā)效率，完成數(shù)據(jù)間比對的一種有效生產(chǎn)新模式。它從出現(xiàn)伊始到逐漸被普及的過程，經(jīng)過人們的接受及逐層推廣，快速地波及了中國整個(gè)生產(chǎn)制造業(yè)，且廣泛地被教育行業(yè)引入到教學(xué)實(shí)踐之中。

逆向工程技術(shù)又稱為實(shí)物工程。以實(shí)體產(chǎn)品為參照物，進(jìn)行現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)物的數(shù)據(jù)及參數(shù)獲得，以此滿足后續(xù)生產(chǎn)制造相關(guān)環(huán)節(jié)的需要。按照逆向工程基本生產(chǎn)制造流程來說可以大體分為以下步驟：數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)處理——三維模型重構(gòu)——模型樣品輸出。要想獲得與原產(chǎn)品精度匹配(度)較高的仿制模型，再分析以上四個(gè)操作步驟來說，最重要的就是初始環(huán)節(jié)——數(shù)據(jù)采集。只有在數(shù)據(jù)采集過程中獲得較為完整、準(zhǔn)確、不重復(fù)疊加多次的數(shù)據(jù)，才能在后續(xù)的相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中獲得較好的制造需求結(jié)果。

逆向工程技術(shù)形式環(huán)節(jié)中最重要部分就是數(shù)據(jù)采集。但是往往操作者在學(xué)習(xí)和掌握這項(xiàng)技術(shù)形式的過程中被忽略掉?？傆X得模型重構(gòu)的繪圖技巧及模型樣品輸出的精度研究才是重要的，才是要被提起重視多加學(xué)習(xí)和訓(xùn)練關(guān)注的。忽視了產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集中獲取的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、缺失，以及有效數(shù)據(jù)的多次重疊會帶來模型與原產(chǎn)品誤差較大等錯(cuò)誤影響，誤認(rèn)為這些問題會在后面的數(shù)據(jù)處理過程中加以修飾和改觀。這樣錯(cuò)誤的認(rèn)定想法牽扯了最終的結(jié)果，從而導(dǎo)致了整個(gè)生產(chǎn)模式應(yīng)用的不恰當(dāng)或者一切環(huán)節(jié)都草草了事，并沒有實(shí)現(xiàn)真正的制造意義。所以，提升對逆向工程技術(shù)中產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集水平，獲得準(zhǔn)確的產(chǎn)品數(shù)據(jù)是非常重要的。

二、 產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集中問題實(shí)例分析

在產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集中容易出現(xiàn)很多問題影響數(shù)據(jù)效果，大多與操作過程相關(guān)，有時(shí)還與環(huán)境及其他因素有關(guān)?，F(xiàn)將問題實(shí)例總結(jié)分析如下：

(一)掃描數(shù)據(jù)分層

完成數(shù)據(jù)采集的過程中，最容易出現(xiàn)的問題現(xiàn)象之一就是數(shù)據(jù)分層，在操作者使用設(shè)備初期比較容易發(fā)生。造成數(shù)據(jù)分層現(xiàn)象的原因有：

1. 產(chǎn)品實(shí)物發(fā)生位移。在進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先根據(jù)實(shí)物類型選擇性噴涂顯像劑，然后觀察產(chǎn)品造型特點(diǎn)，選擇合適的區(qū)域粘貼標(biāo)志點(diǎn)，完成準(zhǔn)備工作。然后把實(shí)物放置在旋轉(zhuǎn)云臺上，選擇專用橡皮泥固定好，繼而完成掃描。在掃描的過程中，為保證操作連貫且數(shù)據(jù)可以完成正確的拼合，需要在每次采集數(shù)據(jù)的操作之間旋轉(zhuǎn)的連貫位置保證至少有三個(gè)公共位置點(diǎn)可以捕捉。否則，操作指令下達(dá)后設(shè)備終端界面會自動(dòng)彈出對話框，提示公共框架點(diǎn)過少。

在操作旋轉(zhuǎn)云臺時(shí)，實(shí)物有時(shí)會發(fā)生移動(dòng)、乃至是人眼不容易觀察捕捉到的輕微挪動(dòng)，都會影響數(shù)據(jù)發(fā)生數(shù)據(jù)分層現(xiàn)象。所以操作者一定要緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)云臺，保證采集的產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以穩(wěn)妥地完成數(shù)據(jù)拼接，實(shí)物本身不發(fā)生移動(dòng)現(xiàn)象。有的時(shí)候?qū)嵨镞^重，操作旋轉(zhuǎn)云臺，在掃描過程由于重力的牽引導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)云臺自身發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或?qū)嵨锏奈灰?，有人會想可否用手輔助固定轉(zhuǎn)盤呢？答案是否定的。因?yàn)槿梭w心臟時(shí)刻在跳動(dòng)，心臟的跳動(dòng)會通過脈搏影響到手與旋轉(zhuǎn)云臺的接觸，從而出現(xiàn)人眼難以捕捉的輕微顫動(dòng)，這些都會發(fā)生對設(shè)備光柵采集數(shù)據(jù)的影響。再者，在操作過程中，周圍環(huán)境的震動(dòng)，人在設(shè)備較近范圍內(nèi)的走動(dòng)或外力引起的振動(dòng)等都會是產(chǎn)品數(shù)據(jù)分層的誘因。

2.設(shè)備的標(biāo)定。操作過程中數(shù)據(jù)發(fā)生分層現(xiàn)象，我們會使用之前闡述的這些誘因的解決辦法，完成操作逐步的自查，但發(fā)現(xiàn)并不能避免或者緩解產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集的分層現(xiàn)象，那么當(dāng)前需要做的事情就是檢查設(shè)備，看看問題是否由源頭激發(fā)。這時(shí)候，我們需要做的就是重新對掃描儀進(jìn)行標(biāo)定，以便于操作的正確進(jìn)行來解決產(chǎn)品數(shù)據(jù)分層現(xiàn)象。

(二)掃描數(shù)據(jù)缺失

當(dāng)完成數(shù)據(jù)采集后，操作者需要把采集好的產(chǎn)品點(diǎn)云數(shù)據(jù)或者三角面片數(shù)據(jù)等導(dǎo)入wrap軟件，來完成逆向技術(shù)第二階段的數(shù)據(jù)處理。當(dāng)軟件視圖區(qū)把數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在眼前時(shí)，我們可以看到掃描程度的優(yōu)劣。實(shí)際上，有經(jīng)驗(yàn)的操作者在數(shù)據(jù)采集階段就可以觀察到產(chǎn)品數(shù)據(jù)掃描獲得的完整性，以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣。但初學(xué)者難以通過觀察掃描過程來判斷采集數(shù)據(jù)的完整性，需要進(jìn)行反復(fù)練習(xí)才可以得到較為熟練的操作和準(zhǔn)確的判斷能力。

當(dāng)操作者在數(shù)據(jù)處理階段發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入的采集部分不夠完整，甚至出現(xiàn)比較大的數(shù)據(jù)缺失的時(shí)候，不建議利用軟件來進(jìn)行修補(bǔ)。因?yàn)椋浖男扪a(bǔ)及人為操作的修補(bǔ)技巧均有限，姑且修補(bǔ)的缺失面用人眼觀察起來比較光滑平整、接近原模型，但因?yàn)樾扪a(bǔ)面是按照操作者觀察實(shí)物的造型構(gòu)建發(fā)展完成的數(shù)據(jù)填補(bǔ)，會與原本模型數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大差異，影響產(chǎn)品的精度，不能做出合格理想的模型。所以，建議在完成數(shù)據(jù)處理之前不要挪動(dòng)被掃描實(shí)物的位置，以便于出現(xiàn)類似情況時(shí)，可以重新啟動(dòng)掃描儀繼續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的補(bǔ)充采集，以便于獲得完整數(shù)據(jù)。

(三)掃描數(shù)據(jù)層疊

操作者在進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，往往因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足，害怕數(shù)據(jù)缺失，所以會對實(shí)物進(jìn)行多次掃描；有時(shí)因擔(dān)心公共框架點(diǎn)過少，操作旋轉(zhuǎn)云臺轉(zhuǎn)過的角度過小，導(dǎo)致實(shí)物某些面多次重復(fù)進(jìn)行掃描。這樣的操作均會造成數(shù)據(jù)的多次疊加，數(shù)據(jù)采集一次獲得一次，采集多次獲得多次，均疊加到一起，增加了產(chǎn)品形體面有效數(shù)據(jù)的重復(fù)累積。結(jié)果造成采集數(shù)據(jù)過多，文件占用空間較大，進(jìn)行下一環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理操作的時(shí)候經(jīng)常卡頓，容易死機(jī)。并且數(shù)據(jù)的疊加直接帶來的影響就是偏離原有產(chǎn)品尺寸精度。

在進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，需要掌握一個(gè)原則，獲得的數(shù)據(jù)夠用即可。夠用不重復(fù)為最佳效果，因害怕數(shù)據(jù)缺失而多次重復(fù)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并不是操作者好的選擇。

(四)掃描數(shù)據(jù)讀取失效、掃描無效

在數(shù)據(jù)采集的過程中有時(shí)會出現(xiàn)掃描數(shù)據(jù)讀取失效，或者無效等現(xiàn)象，分析原因如下：

1.公共框架點(diǎn)過少。如果錯(cuò)誤故障顯示為公共框架點(diǎn)過少，造成原因?yàn)樾D(zhuǎn)云臺操作步驟之間旋轉(zhuǎn)的角度過大，無法在步驟銜接上完成數(shù)據(jù)拼合。解決方法為：可以在轉(zhuǎn)動(dòng)云臺時(shí)減少操作旋轉(zhuǎn)角度，保證每次光柵捕捉成像時(shí)均可以滿足公共框架點(diǎn)的結(jié)合。

2.設(shè)備及其他。當(dāng)進(jìn)行故障排除后，操作并沒有發(fā)生錯(cuò)誤，但掃描數(shù)據(jù)仍然無效，就要考慮重新對掃描儀進(jìn)行標(biāo)定。重新標(biāo)定掃描儀后，需要?jiǎng)?chuàng)建新的工程文件，再次對產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，觀察是否可以正常使用。如果依舊無效，那么考慮是否為掃描儀設(shè)備故障問題。

三、 產(chǎn)品掃描技巧

(一)光環(huán)境影響

逆向工程技術(shù)中使用的掃描儀，一般情況下對環(huán)境均有要求。不喜光環(huán)境較強(qiáng)的地方。所以在掃描時(shí)需要對操作環(huán)境的光控制達(dá)到一定的要求。一般用掃描儀在室內(nèi)環(huán)境中，盡量關(guān)閉燈源。如果房間有窗且有強(qiáng)光進(jìn)入，則要選擇一些避光的位置或者有窗簾遮擋為最佳。這樣不僅能夠保證掃描儀的正常使用，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或者無效等現(xiàn)象，還能保證掃描數(shù)據(jù)的精度較好。

(二)標(biāo)志點(diǎn)貼涂位置

觀察被掃描的產(chǎn)品形態(tài)特點(diǎn)，貼涂標(biāo)志點(diǎn)是掃描前必須的準(zhǔn)備工作。而標(biāo)志點(diǎn)貼涂的位置是否合適，是這個(gè)操作中的關(guān)鍵。標(biāo)志點(diǎn)貼涂存在一定基礎(chǔ)性規(guī)范：不能貼涂為一條直線；不能在鏡頭前成像為一個(gè)圓；不能把標(biāo)志點(diǎn)貼涂在曲率變化較大的地方。除此之外，根據(jù)操作觀察及經(jīng)驗(yàn)分析，需要選擇利于產(chǎn)品形體面之間成像的分析、采集、圖像接合的地方，標(biāo)志點(diǎn)夠用即可，不宜過多。

(三)掃描數(shù)據(jù)完整性

掃描數(shù)據(jù)完整性技巧：看——轉(zhuǎn)——再看——再轉(zhuǎn)——翻。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集需要做到的準(zhǔn)則，按照邏輯關(guān)系分為：準(zhǔn)確——完整——精確。要完成任務(wù)目標(biāo)除了反復(fù)地練習(xí)操作外，還需要明確操作時(shí)一些注意事項(xiàng)及特定的技巧。

1．看。學(xué)會看產(chǎn)品。首先是需要明確分析產(chǎn)品的不同特點(diǎn)，根據(jù)特點(diǎn)來進(jìn)行掃描前的思維準(zhǔn)備工作。這不僅僅局限于觀察分析產(chǎn)品標(biāo)志點(diǎn)的貼涂，還需要在頭腦中構(gòu)建一個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集的過程框架思路。通過產(chǎn)品的初期觀察進(jìn)行思維分割，構(gòu)想出通過幾個(gè)步驟可以完成產(chǎn)品的整體數(shù)據(jù)采集。把將要進(jìn)行的工作在數(shù)據(jù)采集開始之前就進(jìn)行一次預(yù)演。

2．轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)云臺的轉(zhuǎn)動(dòng)，是數(shù)據(jù)采集時(shí)的操作技巧關(guān)鍵之一。轉(zhuǎn)動(dòng)不宜過猛，否則產(chǎn)品實(shí)物會發(fā)生自行挪動(dòng)或者輕微移動(dòng)，直接影響掃描結(jié)果。轉(zhuǎn)動(dòng)不宜角度過大，否則會發(fā)生公共框架點(diǎn)過少的錯(cuò)誤提示，影響掃描過程中的時(shí)時(shí)階段。轉(zhuǎn)動(dòng)不宜角度過小，否則會出現(xiàn)產(chǎn)品某些形體面多次掃描，至使同樣數(shù)據(jù)多次采集發(fā)生數(shù)據(jù)重疊，直接影響掃描數(shù)據(jù)結(jié)果的精度。所以，通過練習(xí)掌握旋轉(zhuǎn)云臺合適的轉(zhuǎn)動(dòng)力度及角度，恰到好處是十分重要的。

3．再看。這次的看，是需要看出數(shù)據(jù)采集是否缺失。通過幾次的操作完成一定程度的數(shù)據(jù)獲取，這時(shí)需要通過觀察發(fā)現(xiàn)哪些數(shù)據(jù)已經(jīng)獲得，不需要再進(jìn)行重復(fù)操作，而哪些數(shù)據(jù)仍然缺失不存在，需要通過繼續(xù)操作來獲得的。往往在掃描的過程中，除去我們需要的那些有效數(shù)據(jù)點(diǎn)成像之外，還會有很多屬于外環(huán)境或者旋轉(zhuǎn)云臺的默認(rèn)環(huán)境數(shù)據(jù)被采集進(jìn)來，交雜在一起。這就需要操作者耐心地觀察，分辨出數(shù)據(jù)的需求和有效區(qū)域的提取。那些不被需要但仍舊被掃描儀收入囊中的數(shù)據(jù)，我們稱之為噪點(diǎn)。噪點(diǎn)再多都沒有關(guān)系，但千萬不能由噪點(diǎn)的干擾打亂了我們的思路。需要從這些獲取的數(shù)據(jù)信息中心清晰地選擇出我們需要的，觀察是否完整，還有無缺失。

4．再轉(zhuǎn)。經(jīng)過觀察后，可以根據(jù)掃描結(jié)果進(jìn)行下一步驟的操作。如果數(shù)據(jù)不夠完整，觀察產(chǎn)品形體面特征，對應(yīng)形態(tài)找到缺失的位置，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)云臺，完成圖像的再次收集。這時(shí)注意一定穩(wěn)住情緒，穩(wěn)住操作云臺的這只手，不能讓產(chǎn)品實(shí)物發(fā)生移動(dòng)。

5．翻。完成產(chǎn)品數(shù)據(jù)的單側(cè)采集后，需要通過翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)云臺進(jìn)行另一側(cè)實(shí)物的數(shù)據(jù)采集。翻轉(zhuǎn)時(shí)需要注意。這次是重新擺放實(shí)物，擺放的角度位置一定要包含前一步驟操作時(shí)產(chǎn)品自身上貼涂的共同標(biāo)志點(diǎn)，至少三個(gè)，作為數(shù)據(jù)采集時(shí)需要的公共框架點(diǎn)來完成數(shù)據(jù)的連續(xù)性接合。如果擺放的角度或者位置不合適，不能完成產(chǎn)品的整體數(shù)據(jù)采集時(shí),若錯(cuò)誤提示為公共框架點(diǎn)過少，那么掃描過程中斷，需重新擺放。如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)分開為兩部分，視情況而定，可以選擇在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理階段進(jìn)行數(shù)據(jù)的拼接，或者數(shù)據(jù)采集終止，當(dāng)前數(shù)據(jù)作廢，需要重新操作。

四、 產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集技巧分析

隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)的革新，逆向工程技術(shù)的使用愈發(fā)的廣泛和普及。掌握產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集技巧對于該技術(shù)形式是非常重要的。當(dāng)然，技術(shù)的進(jìn)步會帶來采集方法的推進(jìn)和變化。在未來設(shè)備的更新?lián)Q代中，是否存在更為有效的方法還有待于進(jìn)一步研究和實(shí)踐。