空间三维轮廓的非接触式扫描测量及逆向工程研究

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1、空间三维轮廓的非接触式扫描测量及逆向工程研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：张保山指导教师：罗钧教授专业：仪器科学与技术学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一一年五月Non-contactScanningMeasurementforThree-DimensionalProfileandResearchonReverseEngineeringAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringByZhangBao-shanSu

2、pervisedbyProf.LuoJunMajor：InstrumentScienceandTechnologyCollegeofOptoelectronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2011重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要精密测量是一个应用范围很广且很有实用价值的问题，随着计量校准技术的发展需求以及接触式测量范围存在的局限性，影像测量和激光测量等非接触式测量新技术得到了长足的发展。本课题来源于国防军工计量“十一五”科研计划项目(B20301118)。项目的研究目的是建立一个新型的复合测量系统，本论文主

3、要研究激光测量系统中激光的三维扫描测量和基于扫描数据的逆向工程技术。本文主要对激光三角法和三坐标测量机在物体三维轮廓测量中的应用进行了研究，设计了将激光三角法和三坐标测量机集成的三维激光扫描测量系统。本文的研究工作以实现物体三维轮廓的扫描测量为主要目的，设计了集成于三坐标测量机的激光三角法的测量系统，并完成软件测量系统编制，对数据采集、点云数据预处理技术和曲线、曲面重构技术等进行了系统的研究，对产品建模及新产品的研发具有重要的意义。本文设计了激光测量系统装置，针对本系统的各项指标和功能需求，完成测量系统平台软件的搭建。根据测量要求，规划了测量主流程和系统各个功能模块，不仅实现了软件

4、中扫描测量、设备管理、运动控制、数据库管理等基本功能，还利用OpenGL技术开发了系统软件的图形化显示功能，实现了点云数据的三维图形显示、操作。对测量系统进行了调试试验，分析了被测物体表面特性如表面颜色、表面倾斜度、表面光泽等对激光扫描测量结果的影响，通过深入分析得到了表面倾斜度对测量误差影响的规律，并利用产生误差的主要条件作为输入建立了测量误差补偿的神经网络模型，对测量误差进行了补偿。最后研究了逆向工程中点云去噪、点云精简、点云修补等点云预处理方法和曲线、曲面的重建。对点云预处理的各种实现方法进行了简单的介绍；对几种常用的曲线曲面重构方法如Bezier、B-Spline、NURB

5、S曲线、曲面重构方法进行了分析，并对三种不同的曲线、曲面模型进行了比较。利用ImageWare软件实现了点云的预处理和曲线、曲面的重建。关键词：数据获取，逆向工程，神经网络，点云预处理，曲面重构I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTTheprecisionmeasurementisaproblemwhichhasawiderangeofapplicationandgreatlypracticalvalue.Withthedevelopmentneedsofmeasurementcalibrationandthelimitsofcontactmeasurement,other

6、newnon-contactmeasurementtechnologiessuchasimagemeasurementandlasermeasurementhavebeendevelopedgreatly.ThispaperisfinancedbytheNationalDefenseprojectforthe11thFive-YearPlan(B20301118).Theaimoftheprojectistobuildanewtypeofcompositemeasurementsystem.Thispaper mainlystudieson3-Dscanningmeasuremen

7、toflasermeasuresystemandthereverse engineeringtechniquesbaseonscanningdata.Thispapermainlyresearchesthelasertriangulationandtheapplicationof three-coordinatemeasurementmachine(CMM)inthree-dimensionalprofile(3-D profile)measurement,a3-Dl