逆向工程中的曲面数字化测量方法探讨.doc

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1、逆向工程中的曲面数字化测量方法探讨论文摘要：目前，逆向工程中的曲面数字化测量方法主要有接触式和非接触式两大类。典型的接触式测量方法是三坐标仪测量法。非接触式测量法按其原理不同，可分为光学式和非光学式。其中，光学式包括三角形法、结构光法、激光干涉法等，非光学式包括层析法等。论文关键词：曲面，测量，规划正文一、数字化测量方法分类数字化测量方法主要有接触式和非接触式两大类。K接触式测量方法接触式数据采集方法是通过机械探头接触被测表面，由机械臂关节处的传感器确定相对坐标位置。该方法稳定，即伪劣点少、精度高、重复精度高，缺点是测量

2、速度慢。接触式数据采集方法包括基于力触发原理的触发式采集和连续扫描数据采集。(1)触发式数据测量触发式数据测量原理为采样测头的探针刚接触到样件表面时，探针尖端因受力而产生微小变形，触发采样开关，使得数据采集系统记下探针尖的坐标值,逐点移动到所需测量的点，便可以采集到样件表面轮廓的坐标数据。在采集过程中，由于探针需要偏移某个固定数值才会触发开关，而且一旦接触到样件表面后，探针需要法向退岀以免过量而折断，因此数据采集速度较低。(2)连续式数据测量方法连续式数据测量采用模拟量开关采样头。原理是利用悬挂在三维弹簧系统中的探针的位

3、置偏移所产生的电感或者电容的变化，进行机■电模拟量转换。当采样头的探针沿着样件表面以某一切向速度移动时，就发出对应各坐标位置偏移量的电流或电压信号。最常见的接触式数据采集方法是三坐标测量机。2、非接触式测量方法依据光学原理发展起来的非接触式数据采集方法主要有激光三角测量法、光干涉法、结构光学法、超声波、图像分析法以及工业计算机断层扫描成1法等。(1)超声波法超声波法原理是当超声波脉冲到达被测物体时，在被测物体的两种介质边界表面会发生回波反射，通过测量回波与零点脉冲的时间间隔计算出各面到零点的距离。这种方法结构简单，但测速

4、较慢，测量精度不稳定，目前主要用于物体的无损检测和壁厚测量。(2)全息干涉法利用光的相干性原理，测量分辨率可达光波长的几百分之一。但需要干涉性好的激光光源和精确的干涉光路，测量范围较小，在以内。(3)立体视觉法是一种仿效人眼观察物体的方法。通常情况下，测量精度不高，分辨率在毫米数量级。优点是能快速获取被测物信息，并可实现动态测量。主要应用于地形地貌测量、机器人视觉、物体特征识别以及三维物象分析等场合。(4)工业层析法最早应用于医学领域，目前工业领域已可对工件内部形状、结构、壁厚等进行测量，是目前极具发展前景的一种非接触式

5、断层测量方法，可用于工业产品的无损检测和探伤。缺点是空间分辨率较低、获得数据需要较长的积分时间、计算量大、造价高，只能获得一定厚度截面的平均轮廓。(4)核磁共振图像法核磁共振断层成像法是世纪年代末发展起来的一种新式医疗诊断影像技术。具有深入物体内部且不破坏被测物的优点，对生物体无损害，在医学领域具有广泛的前景。不足之处是不适用非生物材料的工业产品，空间分辨率不及层析法，且测量时间长，设备昂贵。(5)结构光法结构光法是基于三角测量原理的非接触三维物体测量方法，又称为投影光栅法，是将具有一定模式的光源，如栅状光条投射到被测样

6、件表面，用两个镜头从不同角度获取表面反射的图像，通过图像处理的方法得到整幅图像上像素的三维坐标，即对图像进行分析以确定表面上数据点的坐标。这种方法具有非接触、测量速度快、精度高、算法相对简单、系统实现方便、造价相对较低等优点，己成为逆向工程三维数字化领域的最重要的三维形貌测量手段。(6)激光三角法激光三角法的原理是采用激光作为光源，照射到被测物体上，利用CCD(ChargeCoupIedDevice)接受漫射光成像点，根据光源物体表面反射点、成点之间的三角关系计算岀表面反射点的三维坐标。这种方法已经相当成熟，并已广泛使用

7、。表1接触式与非接触式测量系统比较优点缺点接触式测量系统仁因为机电技术的成熟，有较高的准确性和可靠性2、与工件表面反射特性无关，与颜色曲率关系不大3、适合基本几何形状的测量1.有时需要特殊夹具，使测量成本增加2.需要经常校正探头直径3、操作不当容易损伤表面精度和探头4、逐点进出方式测量，速度较慢5、需要对探头进行半径补偿，会导致修正误差的问题非接触式测量系统1.不必作探头半径补偿2、测量速度快3、软、薄、不可接触的工件可以直接测量1、测量精度较差2、易受工件表面反射特性的影响，如颜色、斜率等3、噪声较高表2数字化方法比较

8、测量方式精度测量速度可测量轮廓的复杂程度对材料是否有限制测量成本三坐标法0.6〜30m慢较差有较高激光三角法±5m一般一般无较高结构光法±1~-±3m快好无一般CT超声波1mm较慢好无高由表1所示，对接触式与非接触式测量系统进行了比较，分别得出了他们的优缺点。表2对比了几种常用数字化方法。二、测量路径规划K接触式测量