逆向工程中多傳感器集成的自由曲面數(shù)字化測量及其數(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。研究如何準確、快速、完整、合理地獲取與處理被測物體的形貌數(shù)據(jù)對逆向工程CAD建模具有重要意義，本論文結(jié)合浙江省自然科學基金重點項目“基于語義數(shù)據(jù)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(fù)合式三坐標掃描測量機關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)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(shù)據(jù)預(yù)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(chǔ)，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(yīng)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(fù)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(guān)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(guān)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(yīng)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(yīng)測量方法。該方法在接觸式測頭的兩側(cè)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(shù)據(jù)進行處理，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量規(guī)劃自適應(yīng)的測量路徑；接觸式測頭以探路結(jié)果為指導完成自適應(yīng)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(yīng)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(shù)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(shè)計的擺動機構(gòu)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(shù)據(jù)，找出傾斜角超出預(yù)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(yù)值范圍的區(qū)域進行二次測量；最后通過多次測量結(jié)果組合獲得完整的測量數(shù)據(jù)。該方法可以有效實現(xiàn)表面法向與+Z軸夾角在[-90°90°]內(nèi)的自由曲面準確、完整的非接觸式數(shù)字化測量。
　　

6、在多傳感器測量數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，以語義網(wǎng)技術(shù)為借鑒，提出語義測量數(shù)據(jù)構(gòu)建與基于語義的測量數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。在測量過程中，通過構(gòu)建語義測量數(shù)據(jù)模型，將測點的三維坐標信息與有利于測量數(shù)據(jù)預(yù)處理的“隱式信息”以語義測量數(shù)據(jù)的形式融入到測量結(jié)果中。在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，系統(tǒng)首先對測量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)預(yù)處理過程，提高數(shù)據(jù)預(yù)處理的自動化程度，提升數(shù)據(jù)預(yù)處理的正確性與穩(wěn)定性。