黑鷹直升機航電升級之逆向工程應用實例

黑鷹直升機航電升級之逆向工程應用實例
英國國防航空業(yè)巨頭BAE系統(tǒng)澳大利亞(BAE System Australia)，被要求對澳洲陸航下的黑鷹直升機機隊進行航電系統(tǒng)升級。在這個計劃內部BAE系統(tǒng)澳大利亞需要在短時間內建構高精度的黑鷹直升機的3D CAD，借著這個3D CAD可以反映出目前直升機機身的實際的機況及附加裝備。
而他們必須決定一個最快最有效的方式來掃描目前適航黑鷹直升機的3D數(shù)據(jù)，以便于此3D數(shù)據(jù)是基于最真實的基礎下而得到的。

項目目標及概述
1)掃描外部機身，3D掃描資料須在可證實精度0.15mm內。
2)掃描機身中央內部也需在可證實精度0.15mm內。
3)機身外部3D掃描數(shù)據(jù)與中央內部掃描數(shù)據(jù)須定位置相同坐標上
4)須在現(xiàn)場完成掃描工作且須在表訂的時間內完成。
5)藉由3D的掃描數(shù)據(jù)建構3D曲面且整合3D曲面模型來進行曲面分析
因為這次項目的掃描對象是一架真實的直升機，機體尺寸很大且這次項目精度要求高，單掃描設備是無法符合這次項目的精度，所以此次項目是透過全球光學測量專業(yè)制造商GOM的ATOS非接觸光學掃描系統(tǒng)(Optical scanner )及TRITOP光學3D坐標測量測系統(tǒng)(Photogrammetry)來搭配使用。
  Epoxy resin Manufacture
TRITOP Photogrammetry
TRITOP是以一手持式的高階數(shù)字相機，對被測物拍攝數(shù)碼相片，藉由2D數(shù)碼相片影像的迭合，來擷取被測物的3D坐標，而這項移動式的技術在對于擷取被測物的3D坐標 In Mould Labeling
在一開始進行量測之前，先會在物體貼上標簽點，再用高階數(shù)字相機進行拍攝，在拍攝過程中，會拍攝許多不同的角度的影像，將這些影像讀入至TRITOP軟件，因為每一張影像的拍攝角度不同，藉由每一張影像不同的角度，透過三角測距的方式，TRITOP軟件自動的將這些影像結合起來經過運算之后，就可得到每一個標簽點圓心的3D坐標

ATOS Digitize
ATOS系統(tǒng)主要是由光柵投影設備及兩個工業(yè)級的CCD Camera所構成，其原理就如同人類的兩雙眼睛，藉由光柵投影在待測物面上，并加以粗細變化及位移，配合CCD Camera將所擷取的數(shù)字影像透過計算機運算處理，即可得知待測物的3D外型。
而依照不同型號的測頭，單一比量測數(shù)據(jù)最多可從影像當中擷取出80萬、140萬及400萬點。而單一筆的量測數(shù)據(jù)計算出來之后，藉由標簽點來定位，經計算機運算后會自動定位回去，簡單說就像3D的拼圖一般，把一個對象完整的拼湊出來，當整個對象量測完成之后，所有的點群加總后便是真實物體的外形，再藉由運算產生出STL格式的數(shù)據(jù)。
掃描過程說明
1)前置準備
將直升機撐起保持固定狀態(tài)且將所有艙門關閉，放置編碼卷標點及定位卷標點于機身。由于拍攝過程有數(shù)個外觀及內裝數(shù)據(jù)需要掃描，而需要建立多個掃描數(shù)據(jù)定位關系方便外觀及內裝數(shù)據(jù)的整合。最終，整架直升機含外觀及內裝數(shù)據(jù)共有41個掃描數(shù)據(jù)，41個數(shù)據(jù)總共約1200萬個點，整體精度保持于0.1mm。

Stage1：TRITOP
設置完成之后，先進行了一個精度的測試。先去測量參考目標再將結果與Laser Track的數(shù)據(jù)做比較，確認拍攝精度符合此次的精度需求及TRITOP是符合澳大利亞陸軍量測設備標準規(guī)范，
TRITOP拍攝完成如下圖所示：

Stage2：ATOS
TRITOP拍攝完成后，接下來由ATOS量測3D數(shù)據(jù)，ATOS一個區(qū)域一個區(qū)域掃描，透過定位卷標點將每一次的量測數(shù)據(jù)對位，如下圖所示。

Stage3：Modeling
完成量測之后，直接在ATOS軟件內計算，產生高質量的三角網格面(Polygon mesh)數(shù)據(jù)，最后將量測數(shù)據(jù)已STL格式輸出。此專案總共有2400多萬個三角網格面及1200多萬個點，故在建構曲面前先將數(shù)據(jù)分割成為較小的3D數(shù)據(jù)方便曲面建構
在建構曲面時為要確保曲面建構精度符合規(guī)定，會把建構好的曲面讀入進ATOS軟件來做比對，透過誤差分析，來了解曲面建構質量，確保曲面精度符合規(guī)定。最后將曲面給交由BAE系統(tǒng)澳大利亞由他們來設計航電升級設備。

結論：
1)      對于大型被測物透過ATOS/TRITOP能夠很快速及精準的取得3D數(shù)據(jù)。
2)      真實反映機體實際情況
3)      數(shù)據(jù)能夠很方便的讀入所使用的曲面建構軟件
跟傳統(tǒng)方式比，相較之下能夠節(jié)省許多的時間及成本 更多3D打印資訊 微信號：RATCool3D   http://www.ratc.com.cn   企鵝:2076056604