基于光學(xué)掃描和CMM測(cè)量數(shù)據(jù)的模型重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光學(xué)掃描系統(tǒng)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）是逆向工程中廣泛使用的數(shù)字化設(shè)備，二者的組合使用滿足了逆向工程中對(duì)實(shí)物數(shù)字化的高精度、高效率的應(yīng)用需求。多傳感組合測(cè)量系統(tǒng)的出現(xiàn)，也為這種組合提供了硬件基礎(chǔ)和支持。現(xiàn)有的逆向建模方法主要還是針對(duì)同密度、同精度的同類測(cè)量數(shù)據(jù)的。為了滿足現(xiàn)代數(shù)字化系統(tǒng)對(duì)逆向工程模型重建方法提出的新要求，彌補(bǔ)現(xiàn)有逆向工程建模方法和軟件的不足，本文研究了基于光學(xué)掃描和CMM測(cè)量數(shù)據(jù)的模型重建方法及其關(guān)鍵技術(shù)。
　　首先

2、，實(shí)驗(yàn)分析了光學(xué)掃描系統(tǒng)和CMM的優(yōu)缺點(diǎn)及其對(duì)模型重建的影響，通過(guò)測(cè)量實(shí)例證明了二者的互補(bǔ)性，進(jìn)而提出了基于光學(xué)掃描和CMM測(cè)量數(shù)據(jù)的模型重建方法，并詳細(xì)論述了該方法的框架、研究?jī)?nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)的深入研究提供了指導(dǎo)方向。
　　以三角網(wǎng)格模型表達(dá)了光學(xué)掃描獲取的數(shù)據(jù)，研究了三角網(wǎng)格模型的微分幾何特性估算方法。提出的曲率估算方法能夠識(shí)別Voronoi曲率估算方法的估算異常區(qū)域，以異常區(qū)域內(nèi)的每個(gè)頂點(diǎn)的2環(huán)鄰域作為k鄰域，采用加權(quán)

3、的局部拋物面擬合法對(duì)異常區(qū)域曲率進(jìn)行了修正。雖然算法精度位于Voronoi法和拋物面擬合法之間，但是運(yùn)行效率高于局部拋物面擬合法，而且由于局部拋物面擬合的引入使該算法不易受三角網(wǎng)格形狀的影響，并具有一定的抑噪能力。為了能夠清晰的識(shí)別網(wǎng)格模型的凹凸特征和曲率估算異常區(qū)域，基于顏色索引表和直方圖均衡原理實(shí)現(xiàn)了曲率的可視化。
　　以法矢為度量準(zhǔn)則，提出了一種分步式的、噪聲魯棒的網(wǎng)格分割方法。基于均值漂移理論對(duì)網(wǎng)格法矢進(jìn)行了濾波，選取了1

4、4個(gè)單位向量作為聚類中心，應(yīng)用K-means算法對(duì)網(wǎng)格法矢進(jìn)行聚類，根據(jù)聚類的結(jié)果采用區(qū)域生長(zhǎng)法實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格初始分片，最后以面片的曲度為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)面片進(jìn)行了融合以識(shí)別規(guī)則曲面，這些面是與CMM測(cè)量特征對(duì)應(yīng)的潛在區(qū)域。
　　對(duì)CMM測(cè)量數(shù)據(jù)和光學(xué)掃描數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)進(jìn)行了研究。對(duì)于不存在光學(xué)掃描盲區(qū)的配準(zhǔn)，提出了一種不依靠簡(jiǎn)單幾何體作為基準(zhǔn)的配準(zhǔn)算法。通過(guò)近似選取3對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，求解坐標(biāo)變換矩陣實(shí)現(xiàn)初始配準(zhǔn)；然后對(duì)光學(xué)掃描點(diǎn)云進(jìn)行三角剖分，以CM

5、M測(cè)量所獲點(diǎn)集向?qū)?yīng)三角片的投影尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)，之后進(jìn)行坐標(biāo)變換迭代求解，從而實(shí)現(xiàn)了不存在對(duì)應(yīng)點(diǎn)的點(diǎn)集之間的配準(zhǔn)。對(duì)于存在光學(xué)掃描盲區(qū)的配準(zhǔn)，給出了一種基于配準(zhǔn)工作臺(tái)的配準(zhǔn)方法，以基準(zhǔn)點(diǎn)連接線段的中點(diǎn)代替原來(lái)的基準(zhǔn)點(diǎn)改進(jìn)了三點(diǎn)定位算法，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了幾種配準(zhǔn)方法的誤差，證實(shí)了該方法的可行性。
　　在網(wǎng)格分割和配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了規(guī)則曲面區(qū)域的數(shù)據(jù)融合以剔除與CMM測(cè)量特征重疊的三角網(wǎng)格。針對(duì)自由曲面區(qū)域的數(shù)據(jù)融合問(wèn)題，提出了一種自適應(yīng)的數(shù)