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1、逆向工程三维测量和数据处理‘,,刘伟’南亮亮军中国科学院沈阳自动化研究所沈阳中国科学院研究生院北京摘要三维测量和数据处理是逆向工程研究的两个主要内容。本文分析了目前逆向工程中数据获取和模型重建的发展现状,指出三维测量在应用中存在的主要问题是需要经过多次定位进行测量,然后对测得的数据进行融合才能完成对整个零件的测量。提出基于机械手的全自动测量机构,以及根据零件几何特征进行测量规划和模型重建的解决方法。最后总结了三维测量和数据处理的发展趋势。关健词逆向工程三维测量数据处理,,‘,担￡、,曰训,洲,以夕,,,,川究重点大都集中在测量数据处理和模型重
2、建方法上。,引言得以应用的多数数字化测量系统都是针对具体应用,相应的数据处理也是针对特定测量设备和测量对象。,,,。逆向工程技术是指将通用性差自动化程度低本文提出基于机械手的全,,,实物转变为计算机辅助设计自动测量机构根据零件几何特征进行测量规划自动模型相关的数字化测量技术、几何模型重建技术完成零件表面的三维测量。同时指出基于零件几何特和产品制造技术的总称。高效、高精度地实现零件表征的曲面重建是逆向工程模型重建的发展趋势。面的数据采集和模型的重建是逆向工程得以实现的两个关键技术。三维测和数据处理发展现状逆向工程中三维数字化测量方法主要分为接触
3、式测盘和非接触式测量两类。接触式测量精度高,但零件的数字化测,效率低非接触式测量主要应用光学原理测量对零件零件的数字化测量是通过特定的测量设备和测量、。,表面状况环境和光源的依赖较强目前国内一些科方法获取零件表面离散点的几何坐标数据在此基础,、、。、研院所和企业纷纷开展了逆向工程的相关研究但研上进行复杂曲面的建模评价改进和制造高效高,精度的获得实物表面数据是逆向工程实现的基础和关式的数据提供数据格式转换的功能外还具有多种数键技术之一。目前已有的测量方法主要分为接触式测据处理方法,具有部分规则特征识别能力,以及自动曲量和非接触式测量两种。面拟合
4、、强大的曲线曲面编辑处理、模型评估检查等接触式测量。使用机械探头接触零件表面,功能。机械臂关节处的传感器确定相对坐标位置。接触式测,,三维测和数据处理存在的问题和发展量方法稳定精度及重复精度高而且不受物体表面颜色和光照的限制,对物体边界也能产生准确的结果。趋势非接触式测量。主要运用光学原理进行数据,,、、、虽然逆向工程取得了长足的发展新的测量技术采集主要有激光三角测量法激光测距法干涉法结,。构光法和图像分析法等。非接触式数据采集速度快、和设备不断涌向但是仍然存在一些问题接触式测,,,量由于测量原理的限制效率较低无法对某些软质或精度高排除了由测
5、量摩擦力和接触压力造成的测量,,表面易损伤零件进行测量而且测头半径的三维补偿误差避免了接触式测头与被测表面由于曲率干涉产,。,、,也较困难数据量小不能全面真实的反映实体形状生的伪劣点问题获得的密集点云信息量大精度高,,以便探测到一般机和接触式测量的局限不同基于光学的非接触式测量测头产生的光斑也可以做得很小,,方法存在的问题是轮廓边缘的定义即在不同的光照械测头难以测量的部位最大限度地反映被测表面的,。条件下测得的边缘位置可能是不同的另外工件表面真实形状正是因为非接触式测量具有这样一些突出。,的状况对测量结果也有影响同时基于光学的非接触的优点欧盟
6、已经专门立项对非接触式测头的性能检,,以期在短时间里能制订出相应的标式测量所获得测量数据点云数据数据量太大也造定方法进行研究,准和规程。最为著名的非接触测量设备要数德国成一些不便因此测量规划和数据的处理就显得尤为。义〕公司的系列三维测量仪图。重要目前在实际应用中虽然已经采用了多种三维测量技术,但这些技术仍存在着各种各样的使用限制条件。,,其中最大的问题是对于单个零部件特别是大型复杂,,曲面的测量必须进行多次定位测量每次定位都必须,,人工干预调整测量设备然后对各视角测得的数据进行融合,才能完成对整个零件的测量。因而自动化程图三维测量仪、。度不高
7、测量效率低虽然国内一些科研院所和企业,纷纷开展了逆向工程的相关研究但开发的数字化测测,数据处理和模型皿建,量系统都是针对具体应用相应的数据处理也是针对国内关于逆向工程数据处理的研究大都集中在曲,。,,目前特定测量设备和测量对象通用性差实际生产应用面重建部分总的来说对三维曲面重构技术的研,究落后于测量技术的发展研究。虽然已经出现了很中国内企业和研究机构所使用的逆向工程测量设备,。,,和软件大都依靠进口价格高昂年多新的理论和算法例如浙江大学化工机械研究所的,数据交换技术、南京航空航天大学提出了将数字化测量和造型结合研究造型指导,。仁〕意义下的数字
8、化测量方法即面向重建的路径规划工程研究中心的基于海量散乱点的三角网格重建和自动建模方法、华中科技大学的曲面测量与重建如果能根据零件外形几何特征进行测量规划和基于特,
