逆向工程中多傳感器集成的自由曲面數(shù)字化測(cè)量及其數(shù)據(jù)預(yù)處理方法研究.pdf

1、數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)預(yù)處理是逆向工程的首要任務(wù)，測(cè)量數(shù)據(jù)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(zhǔn)確、快速、完整、合理地獲取與處理被測(cè)物體的形貌數(shù)據(jù)對(duì)逆向工程CAD建模具有重要意義，本論文結(jié)合浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“基于語(yǔ)義數(shù)據(jù)信息理論的逆向工程CAD建模新方法研究(項(xiàng)目編號(hào)：Z1090590)"和浙江省科技廳重大機(jī)電裝備專項(xiàng)項(xiàng)目“復(fù)合式三坐標(biāo)掃描測(cè)量機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)（項(xiàng)目編號(hào)：2006C11256）

2、”，以坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為平臺(tái)，以自由曲面為對(duì)象，對(duì)逆向工程中多傳感器集成測(cè)量及其數(shù)據(jù)預(yù)處理問(wèn)題展開(kāi)深入研究。
　　 在多傳感器集成測(cè)量方面，首先利用視覺(jué)傳感器快速提取被測(cè)自由曲面的邊界特征，并以邊界特征為基礎(chǔ)，為后續(xù)的接觸式或非接觸式測(cè)量規(guī)劃測(cè)量區(qū)域；然后接觸式或非接觸式傳感器在各自的測(cè)量區(qū)域上完成相應(yīng)的測(cè)量。
　　 針對(duì)自由曲面邊界特征的快速提取，提出軸向立體視覺(jué)測(cè)量方法。該方法將兩CCD攝像機(jī)按同軸向分布，利用前后攝像機(jī)獲

3、得的二維圖像信息恢復(fù)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。研究了軸向立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)特殊的極線幾何關(guān)系：外極線相互平行且通過(guò)各自像平面的主點(diǎn)，并用這種特殊關(guān)系簡(jiǎn)化同源像點(diǎn)匹配過(guò)程，然后以坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了單攝像機(jī)軸向立體視覺(jué)測(cè)量方法，并將該方法應(yīng)用于自由曲面邊界特征快速提取。
　　 針對(duì)自由曲面接觸式測(cè)量，通過(guò)集成接觸式測(cè)頭與兩個(gè)點(diǎn)激光測(cè)頭，提出探路法接觸式自適應(yīng)測(cè)量方法。該方法在接觸式測(cè)頭的兩側(cè)各安裝一個(gè)點(diǎn)激光測(cè)頭，逐行測(cè)量過(guò)程中，在測(cè)量方

4、向上，點(diǎn)激光測(cè)頭用于探路測(cè)量；系統(tǒng)實(shí)時(shí)地對(duì)探路測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并擬合成B樣條曲線，然后根據(jù)擬合曲線的曲率特征為接觸式測(cè)量規(guī)劃自適應(yīng)的測(cè)量路徑；接觸式測(cè)頭以探路結(jié)果為指導(dǎo)完成自適應(yīng)測(cè)量．在測(cè)量截面進(jìn)給方向上，通過(guò)截面間夾角分析方法，自適應(yīng)地細(xì)分測(cè)量截面。從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)曲面上測(cè)點(diǎn)的合理布置，有效提高自由曲面接觸式數(shù)字化測(cè)量的效率和精度。
　　 針對(duì)自由曲面非接觸式測(cè)量，通過(guò)集成兩個(gè)點(diǎn)激光測(cè)頭，提出組合點(diǎn)激光測(cè)頭非接觸式測(cè)量方法。該方

5、法將兩個(gè)點(diǎn)激光測(cè)頭并排安裝在自行設(shè)計(jì)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上，首先將兩點(diǎn)激光測(cè)頭豎直安置，利用探路法對(duì)被測(cè)曲面進(jìn)行一次測(cè)量，并及時(shí)處理一次測(cè)量數(shù)據(jù)，找出傾斜角超出預(yù)值范圍的區(qū)域；然后將點(diǎn)激光測(cè)頭傾斜安置，提出等步進(jìn)差值法標(biāo)定傾斜測(cè)頭的激光束方向，接著對(duì)傾斜角超出預(yù)值范圍的區(qū)域進(jìn)行二次測(cè)量；最后通過(guò)多次測(cè)量結(jié)果組合獲得完整的測(cè)量數(shù)據(jù)。該方法可以有效實(shí)現(xiàn)表面法向與+Z軸夾角在[-90°90°]內(nèi)的自由曲面準(zhǔn)確、完整的非接觸式數(shù)字化測(cè)量。
　　

6、在多傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，以語(yǔ)義網(wǎng)技術(shù)為借鑒，提出語(yǔ)義測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)建與基于語(yǔ)義的測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)構(gòu)建語(yǔ)義測(cè)量數(shù)據(jù)模型，將測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息與有利于測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理的“隱式信息”以語(yǔ)義測(cè)量數(shù)據(jù)的形式融入到測(cè)量結(jié)果中。在數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程中，系統(tǒng)首先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的語(yǔ)義進(jìn)行解析，獲取測(cè)點(diǎn)所攜帶的“隱式信息”，然后充分利用“隱式信息”簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程，提高數(shù)據(jù)預(yù)處理的自動(dòng)化程度，提升數(shù)據(jù)預(yù)處理的正確性與穩(wěn)定性。