逆向工程中多傳感器集成的自由曲面數字化測量及其數據預處理方法研究.pdf

1、數據獲取與數據預處理是逆向工程的首要任務，測量數據的可靠性、可用性與完整性直接影響重建模型的精度、效率與效果。研究如何準確、快速、完整、合理地獲取與處理被測物體的形貌數據對逆向工程CAD建模具有重要意義，本論文結合浙江省自然科學基金重點項目“基于語義數據信息理論的逆向工程CAD建模新方法研究(項目編號：Z1090590)"和浙江省科技廳重大機電裝備專項項目“復合式三坐標掃描測量機關鍵技術研究及產業(yè)化開發(fā)（項目編號：2006C11256）

2、”，以坐標測量機為平臺，以自由曲面為對象，對逆向工程中多傳感器集成測量及其數據預處理問題展開深入研究。
　　 在多傳感器集成測量方面，首先利用視覺傳感器快速提取被測自由曲面的邊界特征，并以邊界特征為基礎，為后續(xù)的接觸式或非接觸式測量規(guī)劃測量區(qū)域；然后接觸式或非接觸式傳感器在各自的測量區(qū)域上完成相應的測量。
　　 針對自由曲面邊界特征的快速提取，提出軸向立體視覺測量方法。該方法將兩CCD攝像機按同軸向分布，利用前后攝像機獲

3、得的二維圖像信息恢復測點的三維坐標值。研究了軸向立體視覺測量系統(tǒng)特殊的極線幾何關系：外極線相互平行且通過各自像平面的主點，并用這種特殊關系簡化同源像點匹配過程，然后以坐標測量機為平臺，實現(xiàn)了單攝像機軸向立體視覺測量方法，并將該方法應用于自由曲面邊界特征快速提取。
　　 針對自由曲面接觸式測量，通過集成接觸式測頭與兩個點激光測頭，提出探路法接觸式自適應測量方法。該方法在接觸式測頭的兩側各安裝一個點激光測頭，逐行測量過程中，在測量方

4、向上，點激光測頭用于探路測量；系統(tǒng)實時地對探路測量數據進行處理，并擬合成B樣條曲線，然后根據擬合曲線的曲率特征為接觸式測量規(guī)劃自適應的測量路徑；接觸式測頭以探路結果為指導完成自適應測量．在測量截面進給方向上，通過截面間夾角分析方法，自適應地細分測量截面。從而實現(xiàn)被測曲面上測點的合理布置，有效提高自由曲面接觸式數字化測量的效率和精度。
　　 針對自由曲面非接觸式測量，通過集成兩個點激光測頭，提出組合點激光測頭非接觸式測量方法。該方

5、法將兩個點激光測頭并排安裝在自行設計的擺動機構上，首先將兩點激光測頭豎直安置，利用探路法對被測曲面進行一次測量，并及時處理一次測量數據，找出傾斜角超出預值范圍的區(qū)域；然后將點激光測頭傾斜安置，提出等步進差值法標定傾斜測頭的激光束方向，接著對傾斜角超出預值范圍的區(qū)域進行二次測量；最后通過多次測量結果組合獲得完整的測量數據。該方法可以有效實現(xiàn)表面法向與+Z軸夾角在[-90°90°]內的自由曲面準確、完整的非接觸式數字化測量。
　　

6、在多傳感器測量數據預處理方面，以語義網技術為借鑒，提出語義測量數據構建與基于語義的測量數據預處理方法。在測量過程中，通過構建語義測量數據模型，將測點的三維坐標信息與有利于測量數據預處理的“隱式信息”以語義測量數據的形式融入到測量結果中。在數據預處理過程中，系統(tǒng)首先對測量數據的語義進行解析，獲取測點所攜帶的“隱式信息”，然后充分利用“隱式信息”簡化數據預處理過程，提高數據預處理的自動化程度，提升數據預處理的正確性與穩(wěn)定性。