Artec Leo和Ray联袂扫描卢森堡航空救援直升机

 

只要国家112紧急呼叫中心有来电求助，卢森堡航空救援组织（LAR）的麦道MD-902 Explorer直升机就会直冲云霄，10分钟内到达全国各地的任何地点。自1996年启用以来，这家非营利组织的直升机队已执行了3万多次飞行任务。

除了特殊的人道主义任务外，LAR的六架MD-902直升机还经常被用于应对紧急情况，并在卢森堡和大区域的医院之间往返护送重症监护患者。

 

卢森堡航空救援组织飞行团队正在为一名患者做医疗运送的准备

具备多种可能性的先进直升机

现在，MD-902还在全世界范围用于各类其他场合，包括搜索、救援、警务、军事、轻型多用途交通等。因此，直升机可以采用不同的配置和设备，无论是内部驾驶舱和客舱，还是外部机身。

驾驶舱可以配备特殊航电套件、战术显示器、仪表盘。在军事领域中，可以在MD-902的门上装上特林机枪，机头部分下装上FILR传感器，再加上70毫米火箭吊舱。

采用三维扫描技术捕获直升机、固定翼飞机等大型物体，并将其用于逆向工程、质量检验、空气动力流动模拟（CFD）测试，为验证这一想法的可行性，卢森堡航空救援组织和总部同样位于卢森堡的Artec 3D合作，扫描麦道MD-902 Explorer。直升机由两台最新专业扫描设备完成——Artec Leo和Artec Ray。

 

用Artec Ray和Artec Leo扫描MD-902。

两台3D扫描仪，一天搞定

Artec Leo是一款设计独特的3D扫描仪，配备机载处理功能、后置触摸屏，使用方便，无需线缆、电池组、笔记本电脑，就能轻松采集大中型物体

 

Artec Leo

Leo精度高达0.1毫米，十分擅长捕获复杂的表面几何，其纹理相机也能捕获全光谱色彩。Leo负责扫描MD-902从机尾到机头的整体轮廓。

Artec Ray是另一台参与项目的扫描仪，这是一台远距三维扫描仪，可置于三脚架上，专用于采集大型物体。

 

Artec Ray

Ray精度达亚毫米计量级水平，工作距离2～110米，能捕获从汽车到公交车、大型游艇等任何物体，更不用说完整捕获交通事故、犯罪现场等整个区域场景了。

从头到尾采集MD-902

在卢森堡航空救援麦道MD-902的扫描案例中，Artec Ray围绕直升机从各个角度扫描了16份扫描，8份从低处，8份从高处，主要用于对齐。该阶段，整个扫描过程不到三小时。

 

Artec Leo正在采集MD-902机身

接着出场的是Leo，大约花了8个小时，扫描了34英尺（10.39米）长的机身，共26份重叠的亚毫米级扫描，同时，一路捕获了机身上的精密细节。

 

用Artec Leo扫描MD-902侧面

为在数据处理时加快对齐和整体配准的速度，工作人员用自挥发的三维扫描喷雾为机身增加了额外纹理。

所遇难题，逐一击破

首先，在扫描MD-902底部时，出现了几个困难。由于没有升降机将直升机抬起，工作人员只能爬到机身下面，在地面由“下”至上扫描。

 

Artec Leo扫描MD-902底部机身

在如此窄小的空间里，有时很难手持Leo呈90度角，因为距离机身的扫描范围十分有限，有些区域不过13英寸（350毫米）。

另一项挑战就是扫描直升机桨叶。靠近桨叶需要用到卢森堡航空救援组织的移动升降工作平台（MEWP）。由于桨叶既长又薄，还是黑色，没有明显的特征来辅助跟踪，所以必须在不同位置用些遮蔽胶带。

 

用Artec Leo采集每处细节

而在采集MD-902窗户时，很遗憾，不能使用扫描喷雾。不过，团队可以喷涂并扫描附件一架被展示的直升机，这架飞机的窗户外观和MD-902相似。于是，这些窗户的扫描就能调整后成为MD-902的窗框，当然，需要花上一些工夫。

扫描完成后，在接下来两周，工作人员在Artec Studio软件中进行数据处理，精修、对齐扫描，并最终组合完成了亚毫米级的3D模型，可进一步用于各种用途。

 

在Artec Studio软件中对齐Artec Leo和Ray的扫描

扫描至CAD更流畅

手动测量MD-902这样的大型飞机，不仅耗费大量时间，还会造成操作失误，若直接根据原始图纸，又可能出现不完整或不准确的问题。但采用扫描至CAD解决方案，就能轻松快捷地把直升机3D模型变成精准的CAD模型。Artec Studio软件提供了一系列工具，让这一流程如丝般流畅。

无论是MD-902、里尔飞机还是任何或大或小的物体，Leo或Ray完成的三维扫描都能被导出至各类CAD系统，作为参照，辅助绘制草图或挤出精准的CAD模型。

 

根据Artec Leo或Ray扫描制成的MD-902 3D模型俯视图

在为飞机设计全新内部（驾驶舱和/或客舱扫描）或外部配置时，制作的CAD模型能准确体现出安装点、螺栓孔、铆钉的位置，以及还有多少空间可以安装所需部件和设计元素。

老旧或绝版部件的逆向工程

对于拥有几十年机队和飞行经验的组织和公司而言，总会出现一些关键部件和组件的需求，而这些零部件或许交货周期长达数周甚至数月，又或者根本没法找到来源。

在这种情况下，其实很多飞机部件都可以借助CAD解决方案和三维扫描，通过逆向工程来解决，如Artec Leo或Space Spider。之后，这些部件还能根据需要，通过增材制造、铸造、数控铣削或其他技术完成生产。

 

MD-902模型旋转机件侧视图

此外，根据三维扫描制成的CAD模型还能和有限元分析（FEA）协同使用，设计并生产采购不到的优化零部件。

无论是重装还是未来改装，三维扫描辅助逆向工程都是经过历史检验的可行方案，能满足大大小小的航空航天需求。随着技术日新月异地发展，制造更轻、更坚固、造价更低的部件越来越容易，有朝一日，甚至可以制造整个机身和机翼。

三维飞机质检

任何类型的飞机，从轻型飞机到直升机，甚至是客运航空公司，每年都要执飞几十到几百次，而这势必会造成一些机身外部损伤。可能是由于严重的冰雹暴风、硬着陆、鸟类或其他原因碰撞造成的。

迅速准确地测量并量化损伤程度十分关键，无论是为了出险，还是判断维修的工作量，以尽可能降低停飞时间。

 

MD-902 3D模型NOTAR尾翼组件近距离图

像MD-902那样完成直升机或其他飞机的三维扫描后，就能将三维扫描作为基准模型，利用Artec Studio中的表面距离映射功能，进行表面质量检验。

任何外部几何的损伤或变形，甚至是一毫米以内的变化，都能立刻在清晰可辨的热图中体现出来。扫描结果也能导出至Geomagic Control X中，进行更多质检操作。

扫描助力CFD空气动力学分析

测试并理解飞机的空气动力学是提高燃油效率、优化飞行性能的第一步。如今，计算流体力学（CFD）测试越来越普及，无论是航空航天制造商，还是私营部门，都能轻松完成。

过去，这一流程成本高昂，操作复杂，但现在人们可以根据需要轻松完成。一切的一切只要从直升机或其他飞机的精准3D模型/CAD模型开始，就像上文所介绍的Artec Leo为MD-902制作3D模型一样。

 

这样，我们就能结合各种设计变量和机身配置，在不同大气条件下，模拟并研究飞机的空气动力性能。

对于航空航天设计师而言，这么做的优势不言而喻。带有新配置的虚拟原型模型可以在短短几天后就落地，而不用像过去一样等上几周或数月。

然后，在原型飞机的测试阶段，根据飞机尺寸，可选用Artec Leo或Artec Ray扫描仪进行三维检查，查找金属疲劳、撞击伤或其他发生的结构性变化。

结论

一天的扫描可能需要几天或更久的时间来处理海量数据，才能完成3D模型，但前期这样一笔时间和精力上的投资却可以为飞机整个生命周期提供帮助，无论是单架飞机还是整个机队。

在当今时代，如何以快速便捷、成本更低的方式获得更好的公差结果，是每个人都关心的问题。在航空航天等许多高标准的领域，借助专业三维扫描仪（如Artec Leo和Ray）和软件完成的三维扫描，都能帮您顺利实现这一目标。