CN116465306A - 一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法 - Google Patents

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CN116465306A CN202310653692.9A CN202310653692A CN116465306A CN 116465306 A CN116465306 A CN 116465306A CN 202310653692 A CN202310653692 A CN 202310653692A CN 116465306 A CN116465306 A CN 116465306A
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Abstract

一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，本发明通过将扫描工件通过吊机悬挂于横梁之下，解决了由于待扫描工件受重力导致大型薄壁件出现不同于其工作姿态的形变问题，扫描仪安装在机械手末端，实现对工件的全方位扫描，根据扫描仪的距离信号来控制扫描仪与待扫描工件之间的扫描距离，解决了操作员长时间手持扫描仪产生的疲劳，同时能稳定保持扫描仪与待扫描工件直接最佳扫描距离，本发明能够满足整车逆向工程中不同尺寸钣金件的自动化扫描，解决了大型钣金件平放于传统扫描平台，由于受重力产生不同于其工作姿态的形变，同时可以快速获得整车碰撞试验和白车身模态试验中测点的三维坐标及欧拉角，提高扫描效率，缩短逆向工程周期等。

Description

一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法
技术领域
本发明涉及整车逆向工程领域，具体涉及一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法。
背景技术
目前，随着逆向工程技术的不断发展，逆向工程已经成为联系新产品开发过程中的各种先进技术的纽带，被广泛应用于汽车、飞机、模具等行业的改型和创新设计中，是实现新产品快速开发的重要技术手段之一。
当前应用于整车逆向工程多为人工手持扫描仪进行扫描，该扫描方式很难长时间保持最佳扫描距离，扫描时受个人主观因素影响较大，自动化程度较低，此外由于车身钣金件和塑料件尺寸相差较大，对于大型钣金件和塑料件，如汽车前保险杠、车身顶棚、汽车后保险杠等平放于扫描平台时，由于重力会导致大型薄壁件出现不同于其工作姿态的形变。造成扫描工件三维点云数据与实际扫描工件尺寸产生较大误差。
针对汽车碰撞试验需要测量出试验前后车身形变部位三维坐标及模态试验中需要白车身几何模型的构建和加速度传感器欧拉角的测量，目前针对以上两种试验中测点三维坐标的测量主要分为三坐标测量机和量具手动测量两种测量方法，但以上两种方法均无法同时做到测量精度高、效率高、非接触式的要求，并且无法得到模态试验中白车身的传感器欧拉角，因此如何提供一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法就显得尤为重要。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，本发明通过机械手沿滑台导轨围绕待扫描工件进行运动，配合机械手的六自由度运动，实现对待扫描工件全方位无死角的自动化扫描，解决了操作员长时间手持扫描仪产生的疲劳，同时能稳定保持扫描仪与待扫描工件直接最佳扫描距离等，解决了现有技术中无法同时做到测量精度高、效率高、非接触式的要求等。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述解析建模方法具体包括如下步骤：
第一步、利用扫描装置对白车身进行测量，具体测量步骤如下：
A、将待扫描白车身放置在扫描装置中横梁之下；
B、确定白车身悬挂点位置，调整扫描装置中两根横梁与吊机的位置，使吊机位于白车身的悬挂点之上；
C、启动吊机，将吊机中钢丝吊绳下降至白车身之上，将钢丝吊绳与白车身固定连接；
D、启动吊机，将白车身提升至预定位置，观察白车身空间位置是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，通过升降吊机对白车身进行调整；
E、调整调整扫描装置中3D相机的位置，观察3D相机位置是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，对3D相机的空间位置及拍摄角度进行调整，直至符合设计要求；
F、启动3D相机，首先对3D相机进行标定，采集白车身的外表面轮廓，然后通过调整扫描装置中计算机规划出扫描仪首次扫描路径；
G、启动扫描仪，通过扫描仪上的距离信号传感器判断扫描仪扫描距离是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，调整机械手使其位于预设的扫描位置；
H、启动机械手，使其沿计算机规划出的首次扫描路径进行运动扫描；
I、机械手沿首次扫描路径完成扫描后，观察模型完整度是否满足设计要求，若满足设计要求，进行下一步，若不满足设计要求，通过计算机再次规划扫描路径，进行再次扫描直至模型满足要求；
J、在扫描采集的三维点云数据中选取一点为中心坐标(0，0，0)和X、Y、Z轴的正方向，其他点三坐标也随即确定，选取白车身实验中所需要的几何模型构成点的三坐标便得到实验中白车身的几何模型，同时将几何模型的构成点周围的三角面片拟合成实验所用的三向加速度传感器大小的平面，这样通过计算得出拟合平面与三坐标轴的夹角，即为实验中所需要的欧拉角；
第二步、对模型测点三维坐标与欧拉角进行解析建模，具体包括如下步骤：
A、将几何模型导入到计算机中的分析软件中，解析模型；
B、规定模型原点和X、Y、Z正方向，其他点三坐标也随即确定；
C、确定白车身模态试验测点位置，在模型中选取试验所需测点；
D、将所选取测点位置周围的面片拟合成三向加速度传感器大小的平面，并按照白车身模态试验中所布置传感器方向来规定平面X、Y、Z方向；
E、自动计算模型的全局坐标系和平面的局部坐标系之间夹角，即为模态试验中所需要的欧拉角；
F、根据测点坐标和测点位置欧拉角自动生成模态试验模型；
G、将所建立的模态试验模型导入到计算机中模态分析软件中，直接进行模态试验。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述第一步中对白车身的外表面轮廓进行采集时，具体包含如下步骤：
A、启动3D相机，对白车身进行全方位拍摄；
B、对所采集的3D图像进行拼接，获取白车身的外表面轮廓；
C、计算机根据所采集的白车身的外表面轮廓规划出首次扫描路径；
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述第一步中利用扫描仪对白车身进行扫描时，具体包含如下步骤：
A、启动机械手和扫描仪，沿所规划的扫描路径进行第一次扫描；
B、扫描完成后，通过计算机判断模型外是否有标记点,若无标记点，模型完整，结束扫描，否则采集模型外标记点，计算机根据所采集模型外标记点再次规划扫描路径，直至模型完整。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述第一步中扫描装置包括3D相机、横梁、吊机、机械手、扫描仪、滑台、计算机和桁架，在所述桁架的上面设有两个前后滑动的横梁，在每根横梁上分别设有至少两个左右滑动的吊机，每个吊机的钢丝吊绳的末端分别连接待扫描工件，在桁架的四根立柱的侧面分别设有上下滑动的3D相机，3D相机通过3D相机数据传输线连接计算机，在桁架的底部设有口字型滑台，在滑台的上面设有滑台导轨，所述滑台导轨连接机械手底座，在所述机械手底座上设有机械手，所述机械手连接扫描仪，扫描仪通过扫描仪数据传输线连接计算机，所述机械手连接机械手控制器。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述桁架的上面间隔设有两条纵向导轨，两条纵向导轨分别连接横梁的两端。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述横梁上设有横向导轨，所述横向导轨上分别设有吊机。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述桁架的四根立柱的侧面分别设有竖向导轨，在每根竖向导轨上分别设有3D相机底座，在每个3D相机底座分别设有3D相机。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述机械手包括旋转臂、机械手大臂、机械手小臂、机械手腕和连杆，所述旋转臂设置在机械手底座上，旋转臂分别连接机械手大臂与连杆的下端头，机械手大臂与连杆的上端头分别连接机械手小臂的左端头，机械手小臂的右端头连接机械手腕，所述机械手腕连接扫描仪。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述吊机包括电机、电机支架、钢丝吊绳、卷筒、吊台、导线轮、导线轮支架和吊台滑块，所述吊台滑块连接设置在横梁上的横向导轨，在吊台滑块的上面设置吊台，在吊台的上面间隔设置两个电机支架，在两电机支架之间设置卷筒，所述卷筒的一端连接电机，在卷筒的外缘面上缠绕有钢丝吊绳，在卷筒下方吊台的上面设有导线轮支架，在导线轮支架上设有两个导线轮，钢丝吊绳的末端经导线轮实现上下升降。
所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述桁架四根立柱的下端头分别设有桁架底座。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明通过将扫描工件通过吊机悬挂于横梁之下，解决了由于待扫描工件受重力导致大型薄壁件出现不同于其工作姿态的形变问题，扫描仪安装在机械手末端，通过机械手带动扫描仪来实现对工件的全方位扫描，根据扫描仪的距离信号来控制扫描仪与待扫描工件之间的扫描距离，解决了操作员长时间手持扫描仪产生的疲劳，同时能稳定保持扫描仪与待扫描工件直接最佳扫描距离，本发明能够满足整车逆向工程中不同尺寸钣金件的自动化扫描，解决了大型钣金件平放于传统扫描平台，由于受重力产生不同于其工作姿态的形变，同时可以快速获得整车碰撞试验和白车身模态试验中测点的三维坐标及欧拉角，提高扫描效率，缩短逆向工程周期等，适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1为本发明实施例中扫描装置扫描白车身时的示意图；
图2为本发明实施例中扫描装置扫描汽车前保险杠时的示意图；
图3为本发明实施例中扫描装置的结构简图；
图4为本发明实施例扫描装置中机械手的结构示意图；
图5为本发明实施例扫描装置中吊机的结构示意图；
图6为本发明实施例中扫描装置的操作流程图；
图7为本发明实施例中扫描装置的扫描流程图；
图8为本发明实施例中解析建模方法的流程图；
在图中：1、白车身；2、3D相机；3、3D相机底座；4、横梁；5、吊机；5-1、电机；5-2、电机支架；5-3、钢丝吊绳；5-4、卷筒；5-5、吊台；5-6、导线轮；5-7、导线轮支架；5-8、吊台滑块；6、机械手底座；6-1、机械手控制器；7、机械手；7-1、旋转臂；7-2、机械手大臂；7-3、机械手小臂；7-4、机械手腕；7-5、连杆；8、扫描仪；9、纵向导轨；10、横向导轨；11、竖向导轨；12、滑台；13、滑台导轨；14、桁架底座；15、汽车前保险杠；16、计算机；17、扫描仪数据传输线；18、3D相机数据传输线；19、桁架。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合附图1～8，本发明所述的一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，所述解析建模方法具体包括如下步骤：
第一步、利用扫描装置对白车身1进行测量，结合图1及图6，具体测量步骤如下：
A、将待扫描白车身1放置在扫描装置中横梁4之下；实施时，所述待扫描白车身1可以替换为其它的待扫描工件，比如汽车前保险杠15，也就是说待扫描工件可以分为不同尺寸、规格的钣金件或塑料件或整车并在表面贴有感光贴片；
B、确定白车身1悬挂点位置，调整扫描装置中两根横梁4与吊机5的位置，使吊机5位于白车身1的悬挂点之上；
C、启动吊机5，将吊机5中钢丝吊绳5-3下降至白车身1之上，将钢丝吊绳5-3与白车身1固定连接；
D、启动吊机5，将白车身1提升至预定位置，观察白车身1空间位置是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，通过升降吊机5对白车身1进行调整；
E、调整调整扫描装置中3D相机2的位置，观察3D相机2位置是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，对3D相机2的空间位置及拍摄角度进行调整，直至符合设计要求；
F、启动3D相机2，首先对3D相机2进行标定，采集白车身1的外表面轮廓，然后通过调整扫描装置中计算机16规划出扫描仪8首次扫描路径；
G、启动扫描仪8，通过扫描仪8上的距离信号传感器判断扫描仪8扫描距离是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，调整机械手7使其位于预设的扫描位置；
H、启动机械手7，使其沿计算机16规划出的首次扫描路径进行运动扫描；
I、机械手7沿首次扫描路径完成扫描后，观察模型完整度是否满足设计要求，若满足设计要求，进行下一步，若不满足设计要求，通过计算机16再次规划扫描路径，进行再次扫描直至模型满足要求；
J、在扫描采集的三维点云数据中选取一点为中心坐标(0，0，0)和X、Y、Z轴的正方向，其他点三坐标也随即确定，选取白车身1实验中所需要的几何模型构成点的三坐标便得到实验中白车身1的几何模型，同时将几何模型的构成点周围的三角面片拟合成实验所用的三向加速度传感器大小的平面，这样通过计算得出拟合平面与三坐标轴的夹角，即为实验中所需要的欧拉角；
第二步、对模型测点三维坐标与欧拉角进行解析建模，结合附图1及附图8，具体包括如下步骤：
A、将几何模型导入到计算机16中的分析软件中，解析模型；
B、规定模型原点和X、Y、Z正方向，其他点三坐标也随即确定；
C、确定白车身1模态试验测点位置，在模型中选取试验所需测点；
D、将所选取测点位置周围的面片拟合成三向加速度传感器大小的平面，并按照白车身1模态试验中所布置传感器方向来规定平面X、Y、Z方向；
E、自动计算模型的全局坐标系和平面的局部坐标系之间夹角，即为模态试验中所需要的欧拉角；
F、根据测点坐标和测点位置欧拉角自动生成模态试验模型；
G、将所建立的模态试验模型导入到计算机16中模态分析软件中，直接进行模态试验。
具体实施时，结合附图7，所述第一步中对白车身1的外表面轮廓进行采集时，具体包含如下步骤：
A、启动3D相机2，对白车身1进行全方位拍摄；
B、对所采集的3D图像进行拼接，获取白车身1的外表面轮廓；
C、计算机16根据所采集的白车身1的外表面轮廓规划出首次扫描路径；
进一步，结合附图7，所述第一步中利用扫描仪8对白车身1进行扫描时，具体包含如下步骤：
A、启动机械手7和扫描仪8，沿所规划的扫描路径进行第一次扫描；
B、扫描完成后，通过计算机16判断模型外是否有标记点,若无标记点，模型完整，结束扫描，否则采集模型外标记点，计算机16根据所采集模型外标记点再次规划扫描路径，直至模型完整。
实施时，所示计算机16内安装有分析系统，由于分析系统、模态分析软件为本领域常用的分析系统和模态分析软件，也不是本发明保护的重点，故在此不对其做具体描述。
进一步，如图1、3所示，所述第一步中扫描装置包括3D相机2、横梁4、吊机5、机械手7、扫描仪8、滑台12、计算机16和桁架19，在所述桁架19的上面设有两个前后滑动的横梁4，在每根横梁4上分别设有至少两个左右滑动的吊机5，每个吊机5的钢丝吊绳5-3的末端分别连接待扫描工件，在桁架19的四根立柱的侧面分别设有上下滑动的3D相机2，3D相机2通过3D相机数据传输线18连接计算机16，在桁架19的底部设有口字型滑台12，在滑台12的上面设有滑台导轨13，所述滑台导轨13连接机械手底座6，在所述机械手底座6上设有机械手7，实施时，所述机械手7为多轴联动结构，能够在空间中做沿X、Y、Z轴的平动和绕X、Y、Z轴的转动，机械手7安装在机械手底座上6，所述机械手底座6安装有驱动装置，能够使机械手7沿滑台导轨13运动，机械手底座6上安装有机械手控制器6-1，向机械手7发送运动控制信号；所述机械手7连接扫描仪8，实施时，扫描仪8连接在机械手7末端，通过扫描仪8发射的激光束打到扫描工件表面，并接收扫描工件表面的感光贴片反射光束来获取扫描工件轮廓信息，计算机16实时显示扫描工件三角面片模型，并能够根据扫描所采集的模型外感光贴片规划扫描路径；扫描仪8通过扫描仪数据传输线17连接计算机16，所述机械手7连接机械手控制器6-1。实施时，机械手控制器6-1通过扫描的实时画面来判断自身与被测工件的距离，防止机械手7碰撞被测工件；扫描仪8带有距离信号传感器，所述距离信号为机械手7的运动控制信号，能够始终使扫描仪8与扫描工件保持最佳的扫描距离；
进一步，如图1所示，所述桁架19的上面间隔设有两条纵向导轨9，两条纵向导轨9分别连接横梁4的两端。
进一步，如图1所示，所述横梁4上设有横向导轨10，所述横向导轨10上分别设有吊机5。
进一步，如图1所示，所述桁架19的四根立柱的侧面分别设有竖向导轨11，在每根竖向导轨11上分别设有3D相机底座3，在每个3D相机底座3分别设有3D相机2。
进一步，如图4所示，所述机械手7包括旋转臂7-1、机械手大臂7-2、机械手小臂7-3、机械手腕7-4和连杆7-5，所述旋转臂7-1设置在机械手底座6上，旋转臂7-1分别连接机械手大臂7-2与连杆7-5的下端头，机械手大臂7-2与连杆7-5的上端头分别连接机械手小臂7-3的左端头，机械手小臂7-3的右端头连接机械手腕7-4，所述机械手腕7-4连接扫描仪8。
进一步，如图5所示，所述吊机5包括电机5-1、电机支架5-2、钢丝吊绳5-3、卷筒5-4、吊台5-5、导线轮5-6、导线轮支架5-7和吊台滑块5-8，所述吊台滑块5-8连接设置在横梁4上的横向导轨10，在吊台滑块5-8的上面设置吊台5-5，在吊台5-5的上面间隔设置两个电机支架5-2，在两电机支架5-2之间设置卷筒5-4，所述卷筒5-4的一端连接电机5-1，在卷筒5-4的外缘面上缠绕有钢丝吊绳5-3，在卷筒5-4下方吊台5-5的上面设有导线轮支架5-7，在导线轮支架5-7上设有两个导线轮5-6，钢丝吊绳5-3的末端经导线轮5-6实现上下升降。
进一步，如图1所示，所述桁架19四根立柱的下端头分别设有桁架底座14。
进一步，如图2所示，待扫描工件可以是白车身1，同样也可以是汽车前保险杠15。
本发明在具体实施时，如图1～3所示，所述桁架底座14固定安装于地面，所述桁架19由四根立柱和两根横板组成，在两根横板上分别设有纵向导轨9，两纵向导轨9分别连接横梁4，在横梁4上分别设置横向导轨10，在桁架4的四根立柱上分别设置竖向导轨11，所述横向导轨10上布置有四台吊机5，所述白车身1或汽车前保险杠15悬挂于所述吊机5中钢丝吊绳5-3的末端，通过控制四台吊机5升降来实现扫描工件的悬挂姿态，通过滑台与导轨或齿轮齿条与伺服电机的方式驱动来实现所述吊机5在横梁4上沿X，Y方向的平动，改变吊机5的间距来实现对不同尺寸、规格的车身钣金件、白车身1或整车的扫描。
进一步，所述横向导轨10、纵向导轨9、竖向导轨11上所安装的设备都能通过导轨与滑台或齿轮齿条与伺服电机的方式驱动。实施时，横向导轨10、纵向导轨9、竖向导轨11可以选用标准件，比如电动滑台等。
所述3D相机2安装在桁架19上的竖向导轨11之上，可通过驱动来调节高度，同时所述3D相机2通过球铰与所述3D相机底座3连接，使其能上下调节的同时也能在所述3D相机底座3上转动以增大3D相机2的拍摄角度，3D相机2在扫描工件调整至合适位置后同时启动拍摄扫描工件，采集扫描工件外表面轮廓。通过3D相机数据传输线18向计算机16传输所拍摄3D图像数据，并据此规划出扫描仪8首次扫描路径。
如图4所示，所述机械手7为多轴联动结构，能够在空间中做沿X、Y、Z轴的平动和绕X、Y、Z轴的转动，滑台导轨13固定于地面，机械手底座6安装有驱动装置，能够使机械手7沿滑台导轨13绕扫描工件运动，实现对工件的全方位扫描。机械手底座6上安装有机械手控制器6-1，当扫描仪8在最佳扫描距离内扫描完成后，机械手控制器6-1根据计算机16规划的扫描路径，向机械手7发出运动信号来控制机械手7在滑台导轨13上运动。扫描仪8连接在机械手7末端，扫描仪8发射的激光束打到扫描工件表面，并通过三角法接收扫描工件表面的感光贴片反射光束来获取扫描工件轮廓信息，计算机16实时显示扫描工件三角面片模型，同时计算机16根据扫描过程中采集的模型外感光贴片再次规划扫描路径。扫描仪8通过扫描仪数据传输线17连接计算机16，计算机16根据扫描的实时画面来计算机械手7与扫描工件的距离，防止机械手7在工作过程中碰撞被测工件。扫描仪8带有距离信号传感器，通过采集扫描仪7末端与扫描工件的距离信息，通过扫描仪数据传输线17向机械手控制器6-1发送信号，机械手控制器6-1依此信号来控制机械手7的六自由度运动，能够始终使扫描仪8与扫描工件保持最佳的扫描距离。解决了人工扫描时出现扫描距离掌控不佳、扫描距离过大或过小的情况，提高了扫描效率和面片质量。
进一步，如图5所示，所述吊机5安装在横梁4上的横向导轨10之上，吊机5由电机5-1、电机支架5-2、钢丝吊绳5-3、卷筒5-4、吊台5-5、导线轮5-6、导线轮支架5-7、吊台滑块5-8组成，所述吊机5由电机5-1作为驱动，电机5-1由电机支架5-2支撑，电机支架5-2固定于吊台5-5上，卷筒5-4上具有螺旋绳槽，保证钢丝绳排序整齐，不乱线，钢丝吊绳5-3通过导线轮5-6穿过吊台滑块5-8与扫描工件连接，导线轮5-6由导线轮支架5-7支撑。
进一步，如图3和图6所示，配套使用的计算机16能够通过扫描仪数据传输线17接收扫描仪8返回的扫描工件轮廓信息，经过软件算法计算出扫描工件的三维点云数据，在三维点云数据中确定一点为中心坐标(0，0，0)和X、Y、Z轴的正方向，其他点三坐标也随即确定，在白车身模态试验中只需要扫描出白车身三维点云数据，并选取实验中所需要的几何模型构成点的三维坐标便可轻松得到实验中白车身几何模型，同时将几何模型的构成点周围的三角面片拟合成实验所用的三向加速度传感器大小的平面，这样通过计算很容易得出拟合平面与三坐标轴的夹角，即为实验中所需要的欧拉角。
本发明的优越性如下：
1、本发明通过所述桁架19、横梁4、吊机5、机械手7和计算机16的配合使用，机械手7沿滑台导轨13围绕扫描工件进行运动，配合机械手7的六自由度运动，实现对扫描工件全方位无死角的自动化扫描，根据扫描仪8的距离信号来控制扫描仪8与扫描工件之间的扫描距离。解决了操作员长时间手持扫描仪产生的疲劳，同时能稳定保持扫描仪与扫描工件直接最佳扫描距离，吊机5能够将大型钣金件和塑料件悬挂于横向导轨10之下，解决了由于扫描工件受重力导致大型薄壁件出现不同于其工作姿态的形变问题。造成扫描工件三维点云数据与扫描工件产生较大误差，解决了现有技术中无法同时做到测量精度高、效率高、非接触式的要求。
2、本发明通过计算机16能够得到汽车各种试验中测点三维坐标及欧拉角，对汽车碰撞试验前后车身进行扫描，可通过对比试验前后车身三维点云数据，计算形变部位三维坐标点变化量，得到车身各部位侵入量，白车身模态试验中通过扫描得到白车身三维点云数据，并从中获得实验模型几何构成点的三维坐标和传感器欧拉角。
3、本发明具有通用性，能够满足不同尺寸、材料、规格工件的扫描需求，与传统扫描方式相比，能够节约时间成本，增加扫描效率，缩短逆向工程周期。
4、本发明通过悬挂工件的方式一次性扫描出工件的高质量三维点云数据，解决了现有检测方法不能一次性获得扫描工件完整三维点云数据，通过正反两面点云数据拟合的方式获取工件的整体点云数据等。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (10)

1.一种模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述解析建模方法具体包括如下步骤：
第一步、利用扫描装置对白车身(1)进行测量，具体测量步骤如下：
A、将待测白车身(1)放置在扫描装置中横梁(4)之下；
B、确定白车身(1)悬挂点位置，调整扫描装置中两根横梁(4)与吊机(5)的位置，使吊机(5)位于白车身(1)的悬挂点之上；
C、启动吊机(5)，将吊机(5)中钢丝吊绳(5-3)下降至白车身(1)之上，将钢丝吊绳(5-3)与白车身(1)固定连接；
D、启动吊机(5)，将白车身(1)提升至预定位置，观察白车身(1)空间位置是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，通过升降吊机(5)对白车身(1)进行调整；
E、调整调整扫描装置中3D相机(2)的位置，观察3D相机(2)位置是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，对3D相机(2)的空间位置及拍摄角度进行调整，直至符合设计要求；
F、启动3D相机(2)，首先对3D相机(2)进行标定，采集白车身(1)的外表面轮廓，然后通过调整扫描装置中计算机(16)规划出扫描仪(8)首次扫描路径；
G、启动扫描仪(8)，通过扫描仪(8)上的距离信号传感器判断扫描仪(8)扫描距离是否符合设计要求，若符合设计要求，进行下一步，若不符合设计要求，调整机械手(7)使其位于预设的扫描位置；
H、启动机械手(7)，使其沿计算机(16)规划出的首次扫描路径进行运动扫描；
I、机械手(7)沿首次扫描路径完成扫描后，观察模型完整度是否满足设计要求，若满足设计要求，进行下一步，若不满足设计要求，通过计算机(16)再次规划扫描路径，进行再次扫描直至模型满足要求；
J、在扫描采集的三维点云数据中选取一点为中心坐标(0，0，0)和X、Y、Z轴的正方向，其他点三坐标也随即确定，选取白车身(1)实验中所需要的几何模型构成点的三坐标便得到实验中白车身(1)的几何模型，同时将几何模型的构成点周围的三角面片拟合成实验所用的三向加速度传感器大小的平面，这样通过计算得出拟合平面与三坐标轴的夹角，即为实验中所需要的欧拉角；
第二步、对模型测点三维坐标与欧拉角进行解析建模，具体包括如下步骤：
A、将几何模型导入到计算机(16)中的分析软件中，解析模型；
B、规定模型原点和X、Y、Z正方向，其他点三坐标也随即确定；
C、确定白车身(1)模态试验测点位置，在模型中选取试验所需测点；
D、将所选取测点位置周围的面片拟合成三向加速度传感器大小的平面，并按照白车身(1)模态试验中所布置传感器方向来规定平面X、Y、Z方向；
E、自动计算模型的全局坐标系和平面的局部坐标系之间夹角，即为模态试验中所需要的欧拉角；
F、根据测点坐标和测点位置欧拉角自动生成模态试验模型；
G、将所建立的模态试验模型导入到计算机(16)中模态分析软件中，直接进行模态试验。
2.根据权利要求1所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述第一步中对白车身(1)的外表面轮廓进行采集时，具体包含如下步骤：
A、启动3D相机(2)，对白车身(1)进行全方位拍摄；
B、对所采集的3D图像进行拼接，获取白车身(1)的外表面轮廓；
C、计算机(16)根据所采集的白车身(1)的外表面轮廓规划出首次扫描路径。
3.根据权利要求1所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述第一步中利用扫描仪(8)对白车身(1)进行扫描时，具体包含如下步骤：
A、启动机械手(7)和扫描仪(8)，沿所规划的扫描路径进行第一次扫描；
B、扫描完成后，通过计算机(16)判断模型外是否有标记点,若无标记点，模型完整，结束扫描，否则采集模型外标记点，计算机(16)根据所采集模型外标记点再次规划扫描路径，直至模型完整。
4.根据权利要求1所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述第一步中扫描装置包括3D相机(2)、横梁(4)、吊机(5)、机械手(7)、扫描仪(8)、滑台(12)、计算机(16)和桁架(19)，在所述桁架(19)的上面设有两个前后滑动的横梁(4)，在每根横梁(4)上分别设有至少两个左右滑动的吊机(5)，每个吊机(5)的钢丝吊绳(5-3)的末端分别连接待扫描工件，在桁架(19)的四根立柱的侧面分别设有上下滑动的3D相机(2)，3D相机(2)通过3D相机数据传输线18连接计算机(16)，在桁架(19)的底部设有口字型滑台(12)，在滑台(12)的上面设有滑台导轨13，所述滑台导轨13连接机械手底座(6)，在所述机械手底座(6)上设有机械手(7)，所述机械手(7)连接扫描仪(8)，扫描仪(8)通过扫描仪数据传输线(17)连接计算机(16)，所述机械手(7)连接机械手控制器(6-1)。
5.根据权利要求4所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述桁架(19)的上面间隔设有两条纵向导轨(9)，两条纵向导轨(9)分别连接横梁(4)的两端。
6.根据权利要求4所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述横梁(4)上设有横向导轨(10)，所述横向导轨(10)上分别设有吊机(5)。
7.根据权利要求4所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述桁架(19)的四根立柱的侧面分别设有竖向导轨(11)，在每根竖向导轨(11)上分别设有3D相机底座(3)，在每个3D相机底座(3)分别设有3D相机(2)。
8.根据权利要求4所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述机械手(7)包括旋转臂(7-1)、机械手大臂(7-2)、机械手小臂(7-3)、机械手腕(7-4)和连杆(7-5)，所述旋转臂(7-1)设置在机械手底座(6)上，旋转臂(7-1)分别连接机械手大臂(7-2)与连杆(7-5)的下端头，机械手大臂(7-2)与连杆(7-5)的上端头分别连接机械手小臂(7-3)的左端头，机械手小臂(7-3)的右端头连接机械手腕(7-4)，所述机械手腕(7-4)连接扫描仪(8)。
9.根据权利要求4所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述吊机(5)包括电机(5-1)、电机支架(5-2)、钢丝吊绳(5-3)、卷筒(5-4)、吊台(5-5)、导线轮(5-6)、导线轮支架(5-7)和吊台滑块(5-8)，所述吊台滑块(5-8)连接设置在横梁(4)上的横向导轨(10)，在吊台滑块(5-8)的上面设置吊台(5-5)，在吊台(5-5)的上面间隔设置两个电机支架(5-2)，在两电机支架(5-2)之间设置卷筒(5-4)，所述卷筒(5-4)的一端连接电机(5-1)，在卷筒(5-4)的外缘面上缠绕有钢丝吊绳(5-3)，在卷筒(5-4)下方吊台(5-5)的上面设有导线轮支架(5-7)，在导线轮支架(5-7)上设有两个导线轮(5-6)，钢丝吊绳(5-3)的末端经导线轮(5-6)实现上下升降。
10.根据权利要求4所述的模型测点三维坐标与欧拉角的解析建模方法，其特征是：所述桁架(19)四根立柱的下端头分别设有桁架底座(14)。
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