基于atos系统在逆向工程中的应用

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1、基于ATOS系统在逆向工程中的应用：ATOS三维光学测量系统是逆向工程技术的关键技术之一，通过分析ATOS组成、测量原理和测量方法，对ATOS系统扫描获得点云数据进行了详细分析，可以得到其误差主要由测量设备即零部件变形摩擦以及表面油膜分布不均造成，工作时温差以及磁场变化等因素对其也有影响，对减少ATOS系统测量误差具有一定指导意义。　　关键词：ATOS逆向工程点云数据数据误差　　0引言　　逆向工程主要包含有数据的测量、数据的预处理、曲面重构、CAD模型的建立和修改等四个阶段，其中数据的测量是逆向工程中的关键，数据的测量可以

2、分为接触式测量和非接触式测量两类。在非接触式中，其中结构光测量技术在商品化的光学测量中最为流行，其中ATOS三维光学测量系统就是其中很有代表性的一种，它可以迅速采集大量实物表面数据点坐标而且能获得很高的精度。　　1ATOS的组成　　ATOS由硬件和软件组成，硬件设施如图1所示。　　1.1计算机和显示器：用来安装曲面处理软件和测量系统软件，并控制测量的过程，最终运算得到光顺的曲线曲面。　　1.2传感器头：主要由主光源、光栅器件组和2个CCD光学测量传感器组成，用来对焦和发出扫描的光栅光束以及通过检测照射在曲面的光点数据上，获

3、取原型曲面的点云数据。　　1.3校准平板：用来校准系统测量的精度。　　1.4支架：用来支撑测量光学器件组。　　1.5通讯电缆：把控制信号输送给检测系统，再把测量传感器中数据反馈给控制系统以做下一步处理。　　2ATOS系统的原理及测量方法　　ATOS系统是一个基于结构光的测量系统，它的测量实物的过程如图2所示，它由光源发出普通的白炽光投射到透射光栅上，然后通过聚光镜的聚焦从而形成平行的光栅条纹投影到被测的产品实体上，由于投影条纹受到了实体面形的调制而得到畸变的调制条纹，这样的调制条纹包含了实体的三维轮廓面形的全部信息。用CC

4、D相机拍摄，再用图象处理方法来分析摄取到的信息最后再计算出要测实体的表面数据。　　ATOS系统的数据测量包含有摄影测量以及光栅测量。其中通过摄影测量获得参考点坐标值。把摄影测量和光栅测量结合起来从而形成三维测量技术能够获得准确的数据。　　3ATOS系统的基本工作流程　　3.1ATOS系统扫描获得点云数据　　ATOS是通过光栅条纹相移和光学三角形以及参考点的自动拼合等原理经过对物体的扫描得到数据。其中所说的光学三角形原理就是光源发出光线经聚焦透镜后投到物体表面而得到光斑，通过透镜成像原理把反射光线聚集到透镜焦平面并在这个位置

5、安放CCD。由于被测物体的表面有突起所以使得反射光斑也随之起伏就导致CCD上的成像光点也随之移动。被测表面位置量可通过传感器结构尺寸和像移动距离来确定。光栅条纹相移原理就是把正弦型条纹投到要测量的表面，我们把条纹以相位角逐渐递增形式投影，从而CCD像素读入也是正弦方式变化而且周期和条纹的周期相同。投影到表面的条纹，把变形光栅像看做是三维实物面对投影栅像相位和振幅调制所得到的。所以我们解调方法获得由于高度变化引起的相位变化，最后由高度关系求出相对参考面的高度数据。　　3.2误差点去除　　在测量过程中因为测量设备精度、操经验、

6、被测实物表面质量、环境等因素的影响，会产生一些误差点，误差点将直接影响重构模型的光顺性，应该把其剔除。　　误差点又叫失真点，它是由于测量设备的参数改变或者环境变化而造成的。若是人工测量会产生操作误差，所以数据预处理关键是找出潜在的误差点。在相同的一个截面扫描中，若一点和它邻近的偏差较大，我们就把这个点认为是一个误差点。判别误差点方法有：直观检查法、角度判断法、曲线检测法等。　　3.3点云对齐　　为要得到一个完整的模型，在测量尺寸较大的实物时要将不同视角下测量的点云数据合成为一个单独点云数据或者把点云数据对齐到已经存在的CA

7、D模型中。在反向工程中，有时要测的产品尺寸会大于设备测量范围，所以要从多个视角测量来获取产品表面的全部数据。多视角测量就是把实物从不同角度装夹测量来获取实物的表面数据。因为每次测量的点集是在不同的坐标系下测得，因此必须进行数据对齐处理使各个坐标系统一，我们把这叫做多视点云对齐。　　3.4点云多边形化　　因为散乱的点云数据缺乏明显的拓扑关系，所以要在CAD建模之前建立各点拓扑关系即点云多边形化。我们把散乱的点集重结曲面的难点是怎样自动获得相邻点间的正确拓扑连接关系。因为正确拓扑关系可以展现散乱点集所对应的原始实物表面形状以及

8、拓扑结构。　　我们通常用N边形X格建立没有规律点集的拓扑关系，这个X格中涵盖了点云数据中所有的点，相邻点之间的连接关系通过这个X格结构得到体现。X格虽然连续但不光滑，只能近似表示真实实物表面。其中三角形X格是N边形X格中N值最小的，这种能适应各种复杂形状而且也方便建立统一数据结构。如果X格中的把每个三角