具有浓厚美国特色的百年品牌奥尔兹莫比尔汽车可能已无法启动，而同期的B-52轰炸机仍在不断刷新战斗机的服役年限记录。事实上美国从1962年已停止了生产这款被美国军方戏称为“丑大胖”的轰炸机。KC-135加油机产也于1965年停产。除了这些上了年纪的军用飞机（美国空军飞机的平均服役年数为28年），美国还有上千架老式民用客机每天输送友军商载。这一数字的实现关键是需要依靠优秀的维护服务和定期升级，而激光扫描相关的逆向工程构成了其中的一个重要部分。

图1：工程师正在使用激光扫描仪扫描，获取待维修部分的3D视图

为什么要进行逆向工程？

    如果想快速高效更换掉磨损和破损的飞机部件，尤其是历经沧桑的旧飞机上的零件，通常需要对零件进行逆向工程，因为原来的厂商要么已经停产，或者要么不愿意或不能够以合理价格及时提供替换件。这种情况下，需要重建一些信息和资料来生产这款在市场已无法获得的零件。

    面对这种挑战，航空运营商必须对零件进行逆向工程，并采集足够多具有正确格式的数据，才能够进行再制造。而且一切工作需要在这台价值数百万美元的飞机落地后的短期时间内完成。恰好的是，激光扫描仪和相关软件技术刚好具备了满足这些需求的能力，虽然其在某些方面仍然存在一些局限。

激光扫描仪工作原理

    激光扫描仪通过两种不同方式确定某个零件的形状。一种是利用三角测量法（CMM）。这种扫描仪发射激光线或单点对物体表面扫描，一个传感器则搜集反射回的激光束。激光源和传感器之间的距离和角度通过系统已经确定，因此可以利用三角函数方法计算出扫描仪到零件的距离。通过上百万次的测量结果建立的点云数据就可以获得零件的形状了。这种方法适用于中小型零件，扫描仪在具零件1米距离内完成测量。

    对于中等到远程距离的扫描（具零件距离超过2米以上），则应用“飞行时间”系统方法更加合适。这种方法测出激光脉冲反射到传感器的时间，因为光速是固定的，而且系统可以测量的时间间隔在微微秒级别内，因此可以在时间间隔长度基础上精确计算出距离。这个系统通常需要转动激光和传感器，以获得该区域全方位360度的视角，进一步提高整个机身和其他大型部件的扫描能力。

    除了以上两种不同办法，激光扫描仪的固定和移动，激光扫描与其他方法结合的系统、工作流和输出选项都存在差异，当然还有不同的测量设备质量产生的精度差异。每种方法都可以实现高度精确，同时两者都具有一定的固有局限性。

扫描？探测？还是双管齐下？

图2：2016年4月9日，一架美国空军B-52轰炸机在卡塔尔乌代德空军基地着陆。目前服役的B-52轰炸机仍有76架，对这些飞机的维护改造工作通常需要对其各种部件进行逆向工程

    维吉尼亚州纽波特纽斯港API公司服务部的应用工程师Stephen Strand表示，选择正确的激光扫描方法取决于其操作范围，应同时考虑维修件的尺寸和精度需求，也要考虑部件的曲面类型等因素。例如某些激光在镀铬或类似镜面涂层下不会产生反射。

    实际上，多数激光系统在处理表面高度反射的零件如涡轮叶片时，都会产生一些问题。通常做法是在零件表面喷上显示剂形成无光面。但问题在于航空部件公差通常非常严格，因此任何厚度的涂层可能造成测量的偏差。

    在这种情况下，最好的方法是将多种激光扫描技术结合起来。由于激光扫描的速度快，让工程师们迅速建立3D模型，因此经常用来扫描整个零件。针对大型部件甚至需要使用9英寸（228.6mm）的条带扫描。利用这种方法花费极少时间就可以获得多个零件的外形数据。然后再利用接触式测头对需要精确到十分位的部分重新测量，并对模型做相应调整。

    因为曲面形状的公差通常和基面要求不一样，因此工程师们经常先用激光建立起整个测量对象的点云模型，然后利用其它方法测量特定区域，比如孔、镗孔和刨床的端面、涡轮叶片的原形等。