基于激光扫描原理的异形件三维形貌测量技术分析

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1、国闰l1光学三维形貌测量光学三维形貌测量是集光学，机械，电子，计算机技术于一体的高新技术，主要用对于物体空削外形和结构进行扫描，以获得物体表面的宏观，微观形貌。与传统的方法相比，他能完成复杂形体的点，面，形的三维测量。他不但具有精度高，速度快，性能强等优点，还可以极大的降低成本。一般情况下，我们将之称为三维扫描仪或三维数字化仪。随着计算机，数控和测量技术的飞速发展，三维形貌测量技术在许多领域得到广泛应用。蚓12T业领域的逆用在工业领域中，可以用来对样本，模型进行扫描，得到立体数据。这些数据直接与CAD／CAM软件接口，进行建模。美国2

2、0世纪80年代以来就将基于结构光技术的三维形貌扫描设备用于流水线上的零件检测。进入90年代以后，欧美的许多大汽车公司，机械加工和生产装配厂都装备了三位扫描仪，用于产品外形和零件测量。日本的电子公司则将小型的三维测量仪用于集成电路的检测。美国宇航局将三位扫描技术用于仿真试验等研究。7，56图13建筑物文化遗产保护自然灾害，经济建设，旅游丌发等因素的影响，许多珍贵稀有文物已濒临境地。三维扫描技术能在不损伤文物的基础上．获得文物的三维形貌模型，这些信息可以用来未来的保存、复制、在线传输等。欧洲实施的Archatour项目，英国的自然博物馆对

3、展品进行扫描．美国则将文艺复兴时期的著名雕塑家米开朗基罗的雕塑作品全都数字化。包括大卫像。《勇aG60幽l_4头盔扫描三维扫描仪通过扫描可以测量出人的如身高、腰围、胸围等生理特征尺寸，把这些数据与CAD相结合，可以进行数字化服装瞪计。美幽、欧洲、L-]本等一些先进国家将二维扫描仪用于服装设计。图15地形扫描由于三维测量技术能快速获得被测物体三维形貌，所以，在美容整形．假肢制造人类学，考古学，人体工程学等领域都有重要应用。1．3．1发展现状三维形貌技术经过几十年的研究发展，已经成为产品快速开发过程的重要支撑技术之一。他与计算机辅助设计，

4、优化设计，有限元分析，设计方法学等有机结合，构成了现代设计理论和方法的整体，起到了越来越重要的作用。叫1．32发展趋势三维形貌技术在数据获得，数据处理，曲面拟台，规则特征识别等方面已经取得显著进步。但在实际应用中，整个过程仍需要大量的人工交互，自动重建曲面的光顺性难以保证，因此，以下几个方面技术的发展值得期待：(1)三维形貌技术的测量系统，使之能够高速高精度地实现实物数据化，能够根据被测物的形状自动选择测量路径。(2)研究适应不同测量方法的离散数据与处理技术。(3)拟合曲面应该能控制光顺性和进行光滑拼接。l4论文研究自容本文的研究目的

5、在对于现有技术研究的基础上，进行改进，从而找到一种速度更快精度更高的三维形貌扫描方法，设计出一套三维形貌扫描装置用于非接触近距离宏观扫描仪器。因此，本文的研究内容是：首先对各种主要的三维形貌测量技术理论进行分析研究；其次，对激光三角法进行改进，设计其光学系统，用应用全息光学建模。第二章三维形貌测量技术的理论和方法研究三维形貌测量技术按测量方式分可分为接触式测量和非接触式测量；按照测量范围分可分为宏观测量和微观测量：按照照明方式还可以分成主动照明和被动照；按照光源分可分为结构光和非结构光，脉冲激光和连续激光器。按照测量原理可分为机器视觉

6、原理，激光三角原理，全息测量原理等。以下着重介绍。2．1接触式测量按工作范围分，接触式测量可分为宏观测量和微观测量21．1宏观表面三维形貌测量三坐标测量机(coordinatemeasuringmachine，CMM)“1属于三维接触式测量，他综合了机械、电子、计算机、光学等先进技术，对物体的三维尺寸、形状进行测量三坐标测量机主要可分为触发式，连续式和飞攫I试三种。幽2l三坐标测量机(coordinatemeasuringⅢachine．o珊)三坐标测量机有很多优点：(1)可以进行全方位多角度的空间坐标点灵活测量，通过探针可以测量零件

7、的三维形貌；(2)拥有较高的测量精度；(3)在数据处理过程中，可以方便的编程、进行运算，拥有高度的智能性．逻辑性。缺点是测量速度慢，受到周围环境的限制。一■●■lP-j212微观表面三维形貌测量微观表面测量可以追溯到三百年前第到表面形貌，但无法得到表面的高度信息台显微镜发明时期。通过显微镜可以观察光学镜面反射也是一个早期的表面测量技术但他既不提供量化的表面形貌，也不提供表面图像。“1当以均方根(RMS)作为粗糙度测量参数的第一台探针轮廓仪发明后，表面测量有了很大的进步，20世纪30年代出现了第一台透射电子显微镜，表面形貌的观察又迈进了

8、一大步，但早期的透射电子显微镜和扫描电子显微镜的横向分辨率是几十纳米，至今，仍然属于非量化技术。尽管诸如干涉显微镜和扫描投射电子显微镜得到很大发展，三维表面形貌量化测量直到20世纪60年代仍然不尽如人意，这一方面是由于缺