黑鹰直升机航电升级之逆向工程应用实例

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黑鹰直升机航电升级之逆向工程应用实例
英国国防航空业巨头BAE系统澳大利亚(BAE System Australia)，被要求对澳洲陆航下的黑鹰直升机机队进行航电系统升级。在这个计划内部BAE系统澳大利亚需要在短时间内建构高精度的黑鹰直升机的3D CAD，借着这个3D CAD可以反映出目前直升机机身的实际的机况及附加装备。
而他们必须决定一个最快最有效的方式来扫描目前适航黑鹰直升机的3D数据，以便于此3D数据是基于最真实的基础下而得到的。

项目目标及概述

1)扫描外部机身，3D扫描资料须在可证实精度0.15mm内。

2)扫描机身中央内部也需在可证实精度0.15mm内。

3)机身外部3D扫描数据与中央内部扫描数据须定位置相同坐标上

4)须在现场完成扫描工作且须在表订的时间内完成。

5)藉由3D的扫描数据建构3D曲面且整合3D曲面模型来进行曲面分析

因为这次项目的扫描对象是一架真实的直升机，机体尺寸很大且这次项目精度要求高，单扫描设备是无法符合这次项目的精度，所以此次项目是透过全球光学测量专业制造商GOM的ATOS非接触光学扫描系统(Optical scanner )及TRITOP光学3D坐标测量测系统(Photogrammetry)来搭配使用。

TRITOP Photogrammetry

TRITOP是以一手持式的高阶数字相机，对被测物拍摄数码相片，藉由2D数码相片影像的迭合，来撷取被测物的3D坐标，而这项移动式的技术在对于撷取被测物的3D坐标

在一开始进行量测之前，先会在物体贴上标签点，再用高阶数字相机进行拍摄，在拍摄过程中，会拍摄许多不同的角度的影像，将这些影像读入至TRITOP软件，因为每一张影像的拍摄角度不同，藉由每一张影像不同的角度，透过三角测距的方式，TRITOP软件自动的将这些影像结合起来经过运算之后，就可得到每一个标签点圆心的3D坐标

ATOS Digitize

ATOS系统主要是由光栅投影设备及两个工业级的CCD Camera所构成，其原理就如同人类的两双眼睛，藉由光栅投影在待测物面上，并加以粗细变化及位移，配合CCD Camera将所撷取的数字影像透过计算机运算处理，即可得知待测物的3D外型。

而依照不同型号的测头，单一比量测数据最多可从影像当中撷取出80万、140万及400万点。而单一笔的量测数据计算出来之后，藉由标签点来定位，经计算机运算后会自动定位回去，简单说就像3D的拼图一般，把一个对象完整的拼凑出来，当整个对象量测完成之后，所有的点群加总后便是真实物体的外形，再藉由运算产生出STL格式的数据。

扫描过程说明

1)前置准备

将直升机撑起保持固定状态且将所有舱门关闭，放置编码卷标点及定位卷标点于机身。由于拍摄过程有数个外观及内装数据需要扫描，而需要建立多个扫描数据定位关系方便外观及内装数据的整合。最终，整架直升机含外观及内装数据共有41个扫描数据，41个数据总共约1200万个点，整体精度保持于0.1mm。

Stage1：TRITOP
设置完成之后，先进行了一个精度的测试。先去测量参考目标再将结果与Laser Track的数据做比较，确认拍摄精度符合此次的精度需求及TRITOP是符合澳大利亚陆军量测设备标准规范，
TRITOP拍摄完成如下图所示：

Stage2：ATOS
TRITOP拍摄完成后，接下来由ATOS量测3D数据，ATOS一个区域一个区域扫描，透过定位卷标点将每一次的量测数据对位，如下图所示。

Stage3：Modeling
完成量测之后，直接在ATOS软件内计算，产生高质量的三角网格面(Polygon mesh)数据，最后将量测数据已STL格式输出。此专案总共有2400多万个三角网格面及1200多万个点，故在建构曲面前先将数据分割成为较小的3D数据方便曲面建构
在建构曲面时为要确保曲面建构精度符合规定，会把建构好的曲面读入进ATOS软件来做比对，透过误差分析，来了解曲面建构质量，确保曲面精度符合规定。最后将曲面给交由BAE系统澳大利亚由他们来设计航电升级设备。

结论：
1)      对于大型被测物透过ATOS/TRITOP能够很快速及精准的取得3D数据。
2)      真实反映机体实际情况
3)      数据能够很方便的读入所使用的曲面建构软件
跟传统方式比，相较之下能够节省许多的时间及成本