产品数据采集技巧研究

(天津机电职业技术学院，天津 300350)

一、 数据采集分析

逆向工程技术是现阶段生产制造方式推崇的一种新模式，提升产品复制精度、优化复制方式，是缩短新产品生产周期、提高产品研究开发效率，完成数据间比对的一种有效生产新模式。它从出现伊始到逐渐被普及的过程，经过人们的接受及逐层推广，快速地波及了中国整个生产制造业，且广泛地被教育行业引入到教学实践之中。

逆向工程技术又称为实物工程。以实体产品为参照物，进行现有产品实物的数据及参数获得，以此满足后续生产制造相关环节的需要。按照逆向工程基本生产制造流程来说可以大体分为以下步骤：数据采集——数据处理——三维模型重构——模型样品输出。要想获得与原产品精度匹配(度)较高的仿制模型，再分析以上四个操作步骤来说，最重要的就是初始环节——数据采集。只有在数据采集过程中获得较为完整、准确、不重复叠加多次的数据，才能在后续的相关生产环节中获得较好的制造需求结果。

逆向工程技术形式环节中最重要部分就是数据采集。但是往往操作者在学习和掌握这项技术形式的过程中被忽略掉。总觉得模型重构的绘图技巧及模型样品输出的精度研究才是重要的，才是要被提起重视多加学习和训练关注的。忽视了产品数据采集中获取的数据不准确、缺失，以及有效数据的多次重叠会带来模型与原产品误差较大等错误影响，误认为这些问题会在后面的数据处理过程中加以修饰和改观。这样错误的认定想法牵扯了最终的结果，从而导致了整个生产模式应用的不恰当或者一切环节都草草了事，并没有实现真正的制造意义。所以，提升对逆向工程技术中产品的数据采集水平，获得准确的产品数据是非常重要的。

二、 产品数据采集中问题实例分析

在产品数据采集中容易出现很多问题影响数据效果，大多与操作过程相关，有时还与环境及其他因素有关。现将问题实例总结分析如下：

(一)扫描数据分层

完成数据采集的过程中，最容易出现的问题现象之一就是数据分层，在操作者使用设备初期比较容易发生。造成数据分层现象的原因有：

1. 产品实物发生位移。在进行产品数据采集时，首先根据实物类型选择性喷涂显像剂，然后观察产品造型特点，选择合适的区域粘贴标志点，完成准备工作。然后把实物放置在旋转云台上，选择专用橡皮泥固定好，继而完成扫描。在扫描的过程中，为保证操作连贯且数据可以完成正确的拼合，需要在每次采集数据的操作之间旋转的连贯位置保证至少有三个公共位置点可以捕捉。否则，操作指令下达后设备终端界面会自动弹出对话框，提示公共框架点过少。

在操作旋转云台时，实物有时会发生移动、乃至是人眼不容易观察捕捉到的轻微挪动，都会影响数据发生数据分层现象。所以操作者一定要缓慢转动云台，保证采集的产品数据可以稳妥地完成数据拼接，实物本身不发生移动现象。有的时候实物过重，操作旋转云台，在扫描过程由于重力的牵引导致旋转云台自身发生转动或实物的位移，有人会想可否用手辅助固定转盘呢？答案是否定的。因为人体心脏时刻在跳动，心脏的跳动会通过脉搏影响到手与旋转云台的接触，从而出现人眼难以捕捉的轻微颤动，这些都会发生对设备光栅采集数据的影响。再者，在操作过程中，周围环境的震动，人在设备较近范围内的走动或外力引起的振动等都会是产品数据分层的诱因。

2.设备的标定。操作过程中数据发生分层现象，我们会使用之前阐述的这些诱因的解决办法，完成操作逐步的自查，但发现并不能避免或者缓解产品数据采集的分层现象，那么当前需要做的事情就是检查设备，看看问题是否由源头激发。这时候，我们需要做的就是重新对扫描仪进行标定，以便于操作的正确进行来解决产品数据分层现象。

(二)扫描数据缺失

当完成数据采集后，操作者需要把采集好的产品点云数据或者三角面片数据等导入wrap软件，来完成逆向技术第二阶段的数据处理。当软件视图区把数据呈现在眼前时，我们可以看到扫描程度的优劣。实际上，有经验的操作者在数据采集阶段就可以观察到产品数据扫描获得的完整性，以及数据质量的优劣。但初学者难以通过观察扫描过程来判断采集数据的完整性，需要进行反复练习才可以得到较为熟练的操作和准确的判断能力。

当操作者在数据处理阶段发现导入的采集部分不够完整，甚至出现比较大的数据缺失的时候，不建议利用软件来进行修补。因为，软件的修补及人为操作的修补技巧均有限，姑且修补的缺失面用人眼观察起来比较光滑平整、接近原模型，但因为修补面是按照操作者观察实物的造型构建发展完成的数据填补，会与原本模型数据产生较大差异，影响产品的精度，不能做出合格理想的模型。所以，建议在完成数据处理之前不要挪动被扫描实物的位置，以便于出现类似情况时，可以重新启动扫描仪继续进行产品数据的补充采集，以便于获得完整数据。

(三)扫描数据层叠

操作者在进行产品数据采集的时候，往往因为经验不足，害怕数据缺失，所以会对实物进行多次扫描；有时因担心公共框架点过少，操作旋转云台转过的角度过小，导致实物某些面多次重复进行扫描。这样的操作均会造成数据的多次叠加，数据采集一次获得一次，采集多次获得多次，均叠加到一起，增加了产品形体面有效数据的重复累积。结果造成采集数据过多，文件占用空间较大，进行下一环节数据处理操作的时候经常卡顿，容易死机。并且数据的叠加直接带来的影响就是偏离原有产品尺寸精度。

在进行产品数据采集的时候，需要掌握一个原则，获得的数据够用即可。够用不重复为最佳效果，因害怕数据缺失而多次重复地进行数据采集并不是操作者好的选择。

(四)扫描数据读取失效、扫描无效

在数据采集的过程中有时会出现扫描数据读取失效，或者无效等现象，分析原因如下：

1.公共框架点过少。如果错误故障显示为公共框架点过少，造成原因为旋转云台操作步骤之间旋转的角度过大，无法在步骤衔接上完成数据拼合。解决方法为：可以在转动云台时减少操作旋转角度，保证每次光栅捕捉成像时均可以满足公共框架点的结合。

2.设备及其他。当进行故障排除后，操作并没有发生错误，但扫描数据仍然无效，就要考虑重新对扫描仪进行标定。重新标定扫描仪后，需要创建新的工程文件，再次对产品实物进行数据采集，观察是否可以正常使用。如果依旧无效，那么考虑是否为扫描仪设备故障问题。

三、 产品扫描技巧

(一)光环境影响

逆向工程技术中使用的扫描仪，一般情况下对环境均有要求。不喜光环境较强的地方。所以在扫描时需要对操作环境的光控制达到一定的要求。一般用扫描仪在室内环境中，尽量关闭灯源。如果房间有窗且有强光进入，则要选择一些避光的位置或者有窗帘遮挡为最佳。这样不仅能够保证扫描仪的正常使用，不会出现数据错误或者无效等现象，还能保证扫描数据的精度较好。

(二)标志点贴涂位置

观察被扫描的产品形态特点，贴涂标志点是扫描前必须的准备工作。而标志点贴涂的位置是否合适，是这个操作中的关键。标志点贴涂存在一定基础性规范：不能贴涂为一条直线；不能在镜头前成像为一个圆；不能把标志点贴涂在曲率变化较大的地方。除此之外，根据操作观察及经验分析，需要选择利于产品形体面之间成像的分析、采集、图像接合的地方，标志点够用即可，不宜过多。

(三)扫描数据完整性

扫描数据完整性技巧：看——转——再看——再转——翻。

产品数据采集需要做到的准则，按照逻辑关系分为：准确——完整——精确。要完成任务目标除了反复地练习操作外，还需要明确操作时一些注意事项及特定的技巧。

1．看。学会看产品。首先是需要明确分析产品的不同特点，根据特点来进行扫描前的思维准备工作。这不仅仅局限于观察分析产品标志点的贴涂，还需要在头脑中构建一个产品数据采集的过程框架思路。通过产品的初期观察进行思维分割，构想出通过几个步骤可以完成产品的整体数据采集。把将要进行的工作在数据采集开始之前就进行一次预演。

2．转。旋转云台的转动，是数据采集时的操作技巧关键之一。转动不宜过猛，否则产品实物会发生自行挪动或者轻微移动，直接影响扫描结果。转动不宜角度过大，否则会发生公共框架点过少的错误提示，影响扫描过程中的时时阶段。转动不宜角度过小，否则会出现产品某些形体面多次扫描，至使同样数据多次采集发生数据重叠，直接影响扫描数据结果的精度。所以，通过练习掌握旋转云台合适的转动力度及角度，恰到好处是十分重要的。

3．再看。这次的看，是需要看出数据采集是否缺失。通过几次的操作完成一定程度的数据获取，这时需要通过观察发现哪些数据已经获得，不需要再进行重复操作，而哪些数据仍然缺失不存在，需要通过继续操作来获得的。往往在扫描的过程中，除去我们需要的那些有效数据点成像之外，还会有很多属于外环境或者旋转云台的默认环境数据被采集进来，交杂在一起。这就需要操作者耐心地观察，分辨出数据的需求和有效区域的提取。那些不被需要但仍旧被扫描仪收入囊中的数据，我们称之为噪点。噪点再多都没有关系，但千万不能由噪点的干扰打乱了我们的思路。需要从这些获取的数据信息中心清晰地选择出我们需要的，观察是否完整，还有无缺失。

4．再转。经过观察后，可以根据扫描结果进行下一步骤的操作。如果数据不够完整，观察产品形体面特征，对应形态找到缺失的位置，轻轻转动旋转云台，完成图像的再次收集。这时注意一定稳住情绪，稳住操作云台的这只手，不能让产品实物发生移动。

5．翻。完成产品数据的单侧采集后，需要通过翻转旋转云台进行另一侧实物的数据采集。翻转时需要注意。这次是重新摆放实物，摆放的角度位置一定要包含前一步骤操作时产品自身上贴涂的共同标志点，至少三个，作为数据采集时需要的公共框架点来完成数据的连续性接合。如果摆放的角度或者位置不合适，不能完成产品的整体数据采集时,若错误提示为公共框架点过少，那么扫描过程中断，需重新摆放。如果出现数据分开为两部分，视情况而定，可以选择在后续的数据处理阶段进行数据的拼接，或者数据采集终止，当前数据作废，需要重新操作。

四、 产品数据采集技巧分析

随着技术的发展，工业的革新，逆向工程技术的使用愈发的广泛和普及。掌握产品数据采集技巧对于该技术形式是非常重要的。当然，技术的进步会带来采集方法的推进和变化。在未来设备的更新换代中，是否存在更为有效的方法还有待于进一步研究和实践。