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1、概述概述n坐标测量零件外形的数据采集坐标测量零件外形的数据采集n通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据，高效、高精度地实现样件表面点的几何坐标数据，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是实施逆向工程的第一步。的数据采集，是实施逆向工程的第一步。n目前实物坐标测量的范围和手段以惊人的速度发展，目前实物坐标测量的范围和手段以惊人的速度发展，基于光学、声学、磁学、卫星遥感、三维微观摄像基于光学、声学、磁学、卫星遥感、三维微观摄像等的测量设备，能够获得大如星球、天体，小如细等的测量设备，能够获得大如星球、天体，小如细胞分子结构的各种三
2、维数据。胞分子结构的各种三维数据。测量设备的分类测量设备的分类实物测量接触式非接触式破坏式机械手CMM自动断层扫描光学声学声波定位仪MRI磁共振结构光激光三角形电磁学激光测距法干涉测量法图像分析法影响数据采集质量的因素影响数据采集质量的因素 n测量方法本身的精度测量方法本身的精度n仪器的校准仪器的校准n测量范围的限制测量范围的限制n夹具阻挡、样件自身结构阻挡夹具阻挡、样件自身结构阻挡n采集数据的局部缺少采集数据的局部缺少n被测物体表面的光洁度被测物体表面的光洁度n零件数据的统计性分布零件数据的统计性分布接触式坐标测量机接触式坐标测量机 n接触式测头种类及其工作原理接触式测头种类及其工作原理 (
3、a)(a)硬式测头硬式测头 (b)(b)触发式测头触发式测头 (c)(c)模拟式测头模拟式测头接触式测头工作原理图接触式测头工作原理图硬式测头硬式测头 n通过手动测头接触工件表面，由人眼及感觉做出通过手动测头接触工件表面，由人眼及感觉做出判断，再利用脚踏开关触发。记录触发时接触点判断，再利用脚踏开关触发。记录触发时接触点坐标值。坐标值。n由于接触力的大小和接触点的判断完全依赖于操由于接触力的大小和接触点的判断完全依赖于操作者的感觉，极易产生误差，多用于精度要求不作者的感觉，极易产生误差，多用于精度要求不太高的小型测量机，成本较低、操作简单。太高的小型测量机，成本较低、操作简单。n按形状可分为圆
4、锥测头、圆柱形测头、球形测头、按形状可分为圆锥测头、圆柱形测头、球形测头、回转半圆和回转四分之一柱面测头、盘形测头、回转半圆和回转四分之一柱面测头、盘形测头、凹圆锥测头、点测头、凹圆锥测头、点测头、V形块测头及直角测头等。形块测头及直角测头等。MicroScribe 采用硬式测头的小型测量仪采用硬式测头的小型测量仪MicroScribeMicroScribe，主要用于，主要用于实验室教学时对较小实物模型的测量。精度实验室教学时对较小实物模型的测量。精度0.3mm0.3mm左右。左右。触发式测头触发式测头 n触发式测头利用电子开关机构，当测头碰触发式测头利用电子开关机构，当测头碰到样件表面，由接
5、触力控制电子机构的开到样件表面，由接触力控制电子机构的开关，由电信号的通断控制坐标值的读取。关，由电信号的通断控制坐标值的读取。n触发式测头的触发信号由电子开关控制，触发式测头的触发信号由电子开关控制，故其重复性、准确性较高，测量精度可达故其重复性、准确性较高，测量精度可达1m甚至更高，是现代三坐标测量机最常用甚至更高，是现代三坐标测量机最常用的测头。的测头。n按照测头电子开关机构所用的传感器可以按照测头电子开关机构所用的传感器可以将触发式测头分为将触发式测头分为电触式测头电触式测头、压电式开、压电式开关测头、应变片式测头。关测头、应变片式测头。模拟式测头模拟式测头 n模拟式（扫描式）测头在接
6、触被测工件后，模拟式（扫描式）测头在接触被测工件后，连续测得接触位移，测头的转换装置输出连续测得接触位移，测头的转换装置输出与测杆的微小偏移成正比的信号，该信号与测杆的微小偏移成正比的信号，该信号和精密量仪的相应坐标值叠加便可得到被和精密量仪的相应坐标值叠加便可得到被测工件上点的精确坐标。测工件上点的精确坐标。n若不考虑测杆的变形，扫描式测头是各向若不考虑测杆的变形，扫描式测头是各向同性的，故其精度远远高于触发式测头。同性的，故其精度远远高于触发式测头。该类测头的缺点是结构复杂，制造成本高，该类测头的缺点是结构复杂，制造成本高，目前世界上只有少数公司可以生产。目前世界上只有少数公司可以生产。
7、三坐标测量机（三坐标测量机（CMM） n三坐标测量机是典型的接触式测量设备，三坐标测量机是典型的接触式测量设备，20世纪世纪60年代发展起来的一种高效率的新型精密测量仪年代发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛地应用于制造、电子、汽车和航空航器。它广泛地应用于制造、电子、汽车和航空航天等工业部门。起初是作为一种检测仪器，对零天等工业部门。起初是作为一种检测仪器，对零件和部件的尺寸、形状及相互位置进行检测。此件和部件的尺寸、形状及相互位置进行检测。此外，还可以用于划线、定中心孔、光刻集成线路外，还可以用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，由于三坐标测量机具有对连续曲面进行扫描等，由于三坐标
8、测量机具有对连续曲面进行扫描来制备数控加工程序的功能，因此一开始就被选来制备数控加工程序的功能，因此一开始就被选为逆向工程的主要数字化设备并一直使用至今。为逆向工程的主要数字化设备并一直使用至今。三坐标测量机（三坐标测量机（CMM） n三坐标测量机基本原理三坐标测量机基本原理 将被测物体置于三坐标机的测量空间，它通过感知测量头将被测物体置于三坐标机的测量空间，它通过感知测量头与工件表面的接触，可获得被测物体上各测点的坐标位置，与工件表面的接触，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据测点的空间坐标值，经计算可求出被测的几何尺寸、根据测点的空间坐标值，经计算可求出被测的几何尺寸、形状和位置。在三坐
9、标测量机上装置分度头、回转台（或形状和位置。在三坐标测量机上装置分度头、回转台（或数控转台）后，系统具备了极坐标（柱坐标）系测量功能，数控转台）后，系统具备了极坐标（柱坐标）系测量功能，这种具有这种具有X、Y、Z、C四轴的坐标测量机称为四坐标测量四轴的坐标测量机称为四坐标测量机。按照回转轴的数目，也可有五坐标或六坐标测量机。机。按照回转轴的数目，也可有五坐标或六坐标测量机。 三坐标测量机（三坐标测量机（CMM） n三坐标测量机需要三个方向的标准器三坐标测量机需要三个方向的标准器(标尺标尺)，利，利用三个相互垂直的导轨实现沿相应方向的运动，用三个相互垂直的导轨实现沿相应方向的运动，还需要三维测头
10、对被测物进行探测和瞄准。此外，还需要三维测头对被测物进行探测和瞄准。此外，测量机还具有数据自动处理和自动检测等功能，测量机还具有数据自动处理和自动检测等功能，需要由相应的电气控制系统与计算机软硬件实现。需要由相应的电气控制系统与计算机软硬件实现。三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大部分。部分。三坐标测量机的组成三坐标测量机的组成 三坐标测量机的组成三坐标测量机的组成n主机主机n框架结构框架结构 n标尺系统标尺系统 n导轨导轨 n驱动装置驱动装置 n平衡部件平衡部件 n转台与附件转台与附件 三坐标测量机的组成三坐标测量机的组成n三维测头三维测头 三
11、维测头可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实三维测头可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准和测微两项功能。主要有硬测头、电气测头、光学现瞄准和测微两项功能。主要有硬测头、电气测头、光学测头等。测头等。三坐标测量机的组成三坐标测量机的组成n电气系统电气系统n电气控制系统电气控制系统n计算机硬件部分计算机硬件部分n测量机软件测量机软件n打印与绘图装置打印与绘图装置n将三坐标测量机应用在逆向工程中，测量可通过人工操作将三坐标测量机应用在逆向工程中，测量可通过人工操作逐点测量，也可通过编制测量程序进行测量规划实现连续逐点测量，也可通过编制测量程序进行测量规划实现连续或间断式数据测量，采集
12、曲面的外形数据。在逐点式扫描或间断式数据测量，采集曲面的外形数据。在逐点式扫描测量时，通常是将测头在横向以等速或等间距逐点移动，测量时，通常是将测头在横向以等速或等间距逐点移动，再以等时间或等间距位置量取样件在再以等时间或等间距位置量取样件在Z轴的坐标。但当工轴的坐标。但当工件轮廓有明显起伏变化时，需要增加测量点来提高分辨率，件轮廓有明显起伏变化时，需要增加测量点来提高分辨率，最简单的方式是取（最简单的方式是取（X+Z）为常数，）为常数，X、Z分别是横分别是横向和纵向坐标的步长。当向和纵向坐标的步长。当Z变大时，变大时，X变小，测量点将变小，测量点将更加密集。即当样件斜率变大时，测量速度减慢，
13、此动作更加密集。即当样件斜率变大时，测量速度减慢，此动作称为速度跟踪。称为速度跟踪。n三坐标测量机的主要特点三坐标测量机的主要特点 不受物体表面颜色及光照的限制；对物体边界也能产生较不受物体表面颜色及光照的限制；对物体边界也能产生较准确的测量结果；测量精度高准确的测量结果；测量精度高（一般能达到（一般能达到u u级）级）；由于；由于测头的限制，可能丢失某些测头不可到达的细节数据；不测头的限制，可能丢失某些测头不可到达的细节数据；不能测量软材料物体；测量速度受到机构运动的限制；测量能测量软材料物体；测量速度受到机构运动的限制；测量过程需要较多人工干预，对大型自由曲面产品的测量效率过程需要较多人工
14、干预，对大型自由曲面产品的测量效率较低。较低。机械手式测量机机械手式测量机 n机械手式测量机也是一种接触式测量设备，与三坐标测量机械手式测量机也是一种接触式测量设备，与三坐标测量机相比没有精密的工作台、立柱、导轨等装置，机械手臂机相比没有精密的工作台、立柱、导轨等装置，机械手臂为关节式机构，具有多自由度为关节式机构，具有多自由度。可用作弹性坐标测量机，可用作弹性坐标测量机，传感器可装置在其爪部，各关节的旋转角度可由旋转编码传感器可装置在其爪部，各关节的旋转角度可由旋转编码器获取，由机构学原理可求得传感器在空间的坐标位置。器获取，由机构学原理可求得传感器在空间的坐标位置。使用时操作者手持测量手臂
15、，末端探针接触被测量物体表使用时操作者手持测量手臂，末端探针接触被测量物体表面时按下按钮，记录坐标和探针手柄方向，并通过串口线面时按下按钮，记录坐标和探针手柄方向，并通过串口线传回测量软件。这种测量机几乎不受方向限制。可在工作传回测量软件。这种测量机几乎不受方向限制。可在工作空间做任意方向的测量，一般用于大型钣金模具件的逆向空间做任意方向的测量，一般用于大型钣金模具件的逆向工程测量。工程测量。n特点：精度相对特点：精度相对CMMCMM要低些，但测量范围大，受被测物体要低些，但测量范围大，受被测物体的体积、形状等的限制较少，测量机本身结构小巧，测量的体积、形状等的限制较少，测量机本身结构小巧，测
16、量方式相对灵活方式相对灵活，适合，适合在线测量在线测量。其他方面与。其他方面与CMMCMM相似。相似。光学测量设备光学测量设备 n非接触式测量主要运用光学原理进行数据采集，非接触式测量主要运用光学原理进行数据采集，主要方法有主要方法有激光三角形法、激光测距法、结构激光三角形法、激光测距法、结构光法、图形分析法、干涉测量法光法、图形分析法、干涉测量法等，光学测量等，光学测量设备具有测量速度快、自动化程度高等优点，设备具有测量速度快、自动化程度高等优点，由于没有接触压力和摩擦力，消除了样件受力由于没有接触压力和摩擦力，消除了样件受力变形导致的测量误差，非常适合对各种复杂模变形导致的测量误差，非常适
17、合对各种复杂模型快速地进行大规模数据采集。型快速地进行大规模数据采集。光学测量基理光学测量基理 n光学测量法是通过将一定的物理模拟量通过适当光学测量法是通过将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点的算法转化为样件表面的坐标点1.1.激光测距法是将激光束的飞行时间转化为被测点激光测距法是将激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面间的距离与参考平面间的距离。2.2.图像分析法图像分析法是利用一点在多个图像中的相对位置，是利用一点在多个图像中的相对位置，通过视差计算距离，从而得到点的空间坐标通过视差计算距离，从而得到点的空间坐标。3.3.激光三角形法激光三角形法利用光源与影像感应装置（如
18、摄像利用光源与影像感应装置（如摄像机）间的位置与角度来推算点的空间坐标机）间的位置与角度来推算点的空间坐标。光学测量基理光学测量基理4.4.干涉测量法的原理是由一个光源射出的一束光干涉测量法的原理是由一个光源射出的一束光( (指定的入射光指定的入射光) ) 经分光后产生的两束光分别射向参考平面和目标平面，反射后经分光后产生的两束光分别射向参考平面和目标平面，反射后的两束光相互干涉，呈现出相应的干涉图样，通过分析指定的的两束光相互干涉，呈现出相应的干涉图样，通过分析指定的入射光的波长与干涉图样间的关系而测得目标平面与参考平面入射光的波长与干涉图样间的关系而测得目标平面与参考平面间的距离间的距离。
19、5.5.结构光法结构光法将一定模式的光，如条形光、栅格状光，投射到被测将一定模式的光，如条形光、栅格状光，投射到被测物体表面，并捕获光被曲面反射后的图象，通过对比不同模式物体表面，并捕获光被曲面反射后的图象，通过对比不同模式之间的差别来获取样件表面的三维点坐标。最典型的结构光是之间的差别来获取样件表面的三维点坐标。最典型的结构光是投影光栅。其原理是把光栅投射到被测样件的表面上投影光栅。其原理是把光栅投射到被测样件的表面上, , 光栅影光栅影线会因受到样件表面高度的调制而发生变形线会因受到样件表面高度的调制而发生变形, , 通过解调变形的通过解调变形的光栅影线来确定样件表面的高度。结构光法与图象
20、分析法的主光栅影线来确定样件表面的高度。结构光法与图象分析法的主要不同是该方法需要投射具有一定模式的人工光源，这种方法要不同是该方法需要投射具有一定模式的人工光源，这种方法中最典型的是莫尔干涉条纹法。中最典型的是莫尔干涉条纹法。激光三角测距原理激光三角测距原理光电检测器zox测量范围激光束激光发生器聚光镜成像镜成像镜激光三角法测量特点激光三角法测量特点 n工作距离大，离样件表面很远处也可对工件进行测量。工作距离大，离样件表面很远处也可对工件进行测量。n测量范围大，大测量范围导致的非线性误差，可以通过测量范围大，大测量范围导致的非线性误差，可以通过标定，利用软件进行修正。标定，利用软件进行修正。
21、n测头不与被测物体接触，能对松软材料的表面进行数据测头不与被测物体接触，能对松软材料的表面进行数据采集，并能很好地测量到表面尖角、凹陷等复杂轮廓。采集，并能很好地测量到表面尖角、凹陷等复杂轮廓。n数据采集速度很快，对大型表面可在数据采集速度很快，对大型表面可在CMMCMM或数控机床上迅或数控机床上迅速完成数据采集，无需测头补偿。速完成数据采集，无需测头补偿。n价格较贵，杂散反射，对于垂直壁等表面特征会影响采价格较贵，杂散反射，对于垂直壁等表面特征会影响采集精度。集精度。n对被测材料、表面粗糙度、反射特性敏感，精度一般比对被测材料、表面粗糙度、反射特性敏感，精度一般比CMMCMM略低。略低。n激
22、光三角法分为点测量、线测量和面测量激光三角法分为点测量、线测量和面测量单点式激光测量法单点式激光测量法 n单点式激光三角测量常采用单点式激光三角测量常采用直射式和斜射式两种结构直射式和斜射式两种结构 激光器发出的光线，经会聚透镜激光器发出的光线，经会聚透镜2 2聚焦后聚焦后垂直入射被测物体的表面垂直入射被测物体的表面3 3上，物体移上，物体移动或表面变化，入射光点沿入射光轴移动或表面变化，入射光点沿入射光轴移动。接受透镜接受来自入射点出的散射动。接受透镜接受来自入射点出的散射光，并将其成像在光敏位置探测器光，并将其成像在光敏位置探测器5 5敏敏感面上，若光点在成像面上的位移为感面上，若光点在成
23、像面上的位移为 ，按下式可求出被测面的位移，按下式可求出被测面的位移 。直射式直射式斜射式是激光器发出的光和被测斜射式是激光器发出的光和被测面的法线成一定角度入射到被面的法线成一定角度入射到被测面上，测面上，同样用一透镜接受光同样用一透镜接受光点在被测面的散射光或反射光，点在被测面的散射光或反射光，若光点的像在探测器敏感面上若光点的像在探测器敏感面上移动，则物体表面沿法线方向移动，则物体表面沿法线方向的移动距离的移动距离 为：为：斜射式斜射式线光源测量法线光源测量法 n采用线光源照明的三角传感系统采用线光源照明的三角传感系统使用二维面阵作为接收器件，只使用二维面阵作为接收器件，只需要附加一维扫
24、描就可以形成完需要附加一维扫描就可以形成完整的三维面形状数据。以线光源整的三维面形状数据。以线光源照明的三角法也称光切法照明的三角法也称光切法。激光激光束经柱状透镜扩束并准直后成为束经柱状透镜扩束并准直后成为一束很薄的片状光束投影到样件一束很薄的片状光束投影到样件表面，载有样件的平台沿给定坐表面，载有样件的平台沿给定坐标方向以一定速度平移，完成投标方向以一定速度平移，完成投影光在表面的扫描，在另一方向影光在表面的扫描，在另一方向上用面阵上用面阵CCDCCD光敏面上的像为一光敏面上的像为一曲线，计算该曲线上象素点偏离曲线，计算该曲线上象素点偏离标准像（基准平面）的位置便可标准像（基准平面）的位置
25、便可得出被测表面的深度变化。得出被测表面的深度变化。线光源测量法线光源测量法 激光三角面形测量法激光三角面形测量法 n激光三角法面形测量的基本原理是利用激光激光三角法面形测量的基本原理是利用激光在被测样件表面投影一光条，由于被测表面在被测样件表面投影一光条，由于被测表面起伏极曲率变化，投影的光条随此轮廓位置起伏极曲率变化，投影的光条随此轮廓位置起伏而扭曲变形，由起伏而扭曲变形，由CCDCCD摄像机摄取激光束摄像机摄取激光束影像，这样就可由激光束的发射角度和激光影像，这样就可由激光束的发射角度和激光束在束在CCDCCD内成像位置，通过三角几何关系获内成像位置，通过三角几何关系获得被测点距离或坐标
26、等数据。得被测点距离或坐标等数据。3D Laser Scannern丹麦丹麦SCANTECHSCANTECH公司开发的三维激光扫描仪（公司开发的三维激光扫描仪（3D 3D Laser ScannerLaser Scanner）是激光三角形法测量的一个代表，）是激光三角形法测量的一个代表，其测量数据可达到其测量数据可达到2300023000点点/ /秒的测量速度。秒的测量速度。n主要特点：高速测量，短时间内测量大量的点；由主要特点：高速测量，短时间内测量大量的点；由于是非接触式测量，因此可以测量柔性物体；适合于是非接触式测量，因此可以测量柔性物体；适合对复杂自由曲面的测量；对表面粗糙和表面漫反射
27、对复杂自由曲面的测量；对表面粗糙和表面漫反射率敏感；精度一般比率敏感；精度一般比CMMCMM略低。略低。Cyberware的三维扫描仪的三维扫描仪 n8080年代就被迪斯尼等动画和特技公司采用，用于年代就被迪斯尼等动画和特技公司采用，用于“终结者终结者IIII”，“侏罗纪公园侏罗纪公园”，“蝙蝠侠蝙蝠侠IIII”，“机械战警机械战警”等影片。还用于快速雕塑系统。等影片。还用于快速雕塑系统。9090年代年代的扫描仪可对人体全身扫描，给出对象的多边形、的扫描仪可对人体全身扫描，给出对象的多边形、NURBS曲面、点、曲面、点、Spline曲线方式描述，可进行彩曲线方式描述，可进行彩色扫描，输出被测物
28、体的坐标信息和颜色信息。扫色扫描，输出被测物体的坐标信息和颜色信息。扫描速率可达描速率可达1.41.4万点万点/ /秒。秒。3030RGB3030RGB型扫描物体的尺型扫描物体的尺寸在寸在30cm30cm，深度方向测量精度，深度方向测量精度100-400m100-400m，用于动，用于动画、人类学研究、服装设计等方面。画、人类学研究、服装设计等方面。 结构光测量法结构光测量法 n结构光投影法是将一定图案的光投影结构光投影法是将一定图案的光投影到物体表面上，从而增强物体表面各到物体表面上，从而增强物体表面各点之间的可区分性，降低图像点对匹点之间的可区分性，降低图像点对匹配的难度，提高匹配算法的精
29、度和可配的难度，提高匹配算法的精度和可靠性。常用的结构光图案模式，包括靠性。常用的结构光图案模式，包括灰码条纹（灰码条纹（Gray CodeGray Code）、摩尔条纹、）、摩尔条纹、网格图案、彩色点阵网格图案、彩色点阵图案等。图案等。结构光测量法结构光测量法 n结构光投影双目立体测量具有以下主要特点结构光投影双目立体测量具有以下主要特点n一次可获取大量数据（可达百万点以上一次可获取大量数据（可达百万点以上）；）；n由于是非接触式测量，因此可以测量柔性由于是非接触式测量，因此可以测量柔性物体物体；n适合对复杂自由曲面的高效率测量适合对复杂自由曲面的高效率测量；n分析相对复杂分析相对复杂；n测
30、量结果受物体表面光学特性的影响（如测量结果受物体表面光学特性的影响（如透明、黑色等情况下都会产生问题透明、黑色等情况下都会产生问题）；）；n精度比接触式测量略低精度比接触式测量略低。结构光法结构光法双目结构光测量系统结构图双目结构光测量系统结构图 ATOS光学测量机光学测量机 n德国德国GOMGOM公司生产的公司生产的ATOSATOS流动光学扫描仪是目前世界上最流动光学扫描仪是目前世界上最先进的非接触式三坐标扫描仪之一，是一种结构光测量设先进的非接触式三坐标扫描仪之一，是一种结构光测量设备。该扫描系统可将特定光栅条纹于被测物体上，通过光备。该扫描系统可将特定光栅条纹于被测物体上，通过光栅间距的
31、变化，借助两个高分辨率栅间距的变化，借助两个高分辨率CCDCCD数码相机对光栅干数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，经过数码影像分析和基于光学原理计算，涉条纹进行拍照，经过数码影像分析和基于光学原理计算，求得实物表面三维坐标数据，可在极短时间内获得复杂工求得实物表面三维坐标数据，可在极短时间内获得复杂工作表面的完整点云，实现三维扫描高速化。作表面的完整点云，实现三维扫描高速化。nATOS IIATOS II在距被测物体约在距被测物体约700 mm700 mm处高速摄取实物表面数据，处高速摄取实物表面数据，一次测量的有效测量区域为一次测量的有效测量区域为280280350mm350mm，获得的扫描点
32、数，获得的扫描点数最大可达一百三十万个点。最大可达一百三十万个点。n由于一次测量的范围有限，多角度测量然后拼合到一个共由于一次测量的范围有限，多角度测量然后拼合到一个共同的坐标系下，从而得到一个完整的测量模型。两次测量同的坐标系下，从而得到一个完整的测量模型。两次测量中设置共同可见的至少三个参考点来实现的。中设置共同可见的至少三个参考点来实现的。n单次测量精度可达单次测量精度可达 ，多视角测量的拼合测量精度，多视角测量的拼合测量精度为为 。测量注意事项测量注意事项 n一般来说，用光学测量法对某个表面进行一次数据采集往一般来说，用光学测量法对某个表面进行一次数据采集往往只需数秒时间，但是为了能够
33、比较完整和准确地得到该往只需数秒时间，但是为了能够比较完整和准确地得到该表面测量数据，通常需要花费大量的时间用于确定测头位表面测量数据，通常需要花费大量的时间用于确定测头位置和测量角度。因此，在测量之前或测量过程中，根据实置和测量角度。因此，在测量之前或测量过程中，根据实物样件的结构特点制定测量方案，用尽可能少的测量次数物样件的结构特点制定测量方案，用尽可能少的测量次数获取满足模型重建所需的数据，不仅可以有效减少数据测获取满足模型重建所需的数据，不仅可以有效减少数据测量和预处理的工作量，而且在某种程度上可以提高测量数量和预处理的工作量，而且在某种程度上可以提高测量数据的整体精度。下面从以下几个
34、方面讨论在使用据的整体精度。下面从以下几个方面讨论在使用ATOS IIATOS II光学测量机进行测量时应该注意的问题以及需要采用的原光学测量机进行测量时应该注意的问题以及需要采用的原则。则。测量注意事项测量注意事项 n实物表面喷涂由于部分深色零件表面对光的吸收能力较强，实物表面喷涂由于部分深色零件表面对光的吸收能力较强，因此不利于采用光学三角定理进行测量，为此要对这些零因此不利于采用光学三角定理进行测量，为此要对这些零件进行表面白色喷涂处理。选择喷涂材料时需要保证涂层件进行表面白色喷涂处理。选择喷涂材料时需要保证涂层在测量后容易清洗（如选择工业探伤剂），在喷涂过程中在测量后容易清洗（如选择工
35、业探伤剂），在喷涂过程中尽可能使涂层薄而均匀，既可以达到加强反光的效果，又尽可能使涂层薄而均匀，既可以达到加强反光的效果，又不至于对测量精度造成很大的影响。不至于对测量精度造成很大的影响。n待测实物定位分析待测实物零件不同部位的可测性，然后待测实物定位分析待测实物零件不同部位的可测性，然后按照可测性将待测实物零件的特征进行分组，以测头和实按照可测性将待测实物零件的特征进行分组，以测头和实物零件定位是否方便和牢靠为基础选择较好的定位基准物零件定位是否方便和牢靠为基础选择较好的定位基准（必要时使用橡皮泥在零件实物的背面进行定位），从而（必要时使用橡皮泥在零件实物的背面进行定位），从而减少改变测头位
36、置、角度和待测实物零件的定位方式的次减少改变测头位置、角度和待测实物零件的定位方式的次数，提高测量效率并有效提高主要待测表面的测量精度。数，提高测量效率并有效提高主要待测表面的测量精度。测量注意事项测量注意事项 n多视测量准备为了实现将从不同视角下测得的数据转换到多视测量准备为了实现将从不同视角下测得的数据转换到一个统一的坐标系下，以生成完整的数据点模型，一般可一个统一的坐标系下，以生成完整的数据点模型，一般可以采用标签定位法以实现多个视图的粗定位。（以采用标签定位法以实现多个视图的粗定位。（TritopTritop照照相拍摄系统相拍摄系统）n整体到部分原则，按照从整体到部分的原则对同一个零件
37、整体到部分原则，按照从整体到部分的原则对同一个零件的不同部位合理采用适当的标定精度进行测量。可以将测的不同部位合理采用适当的标定精度进行测量。可以将测量数据划分为主要视图、细节视图和补充视图，其中主要量数据划分为主要视图、细节视图和补充视图，其中主要视图是指测量数据较多且从某个角度可以反映待测实物零视图是指测量数据较多且从某个角度可以反映待测实物零件整体形状的视图；细节视图指的是针对待测实物零件的件整体形状的视图；细节视图指的是针对待测实物零件的某些局部细节特征测量所得到的数据，这些数据主要用于某些局部细节特征测量所得到的数据，这些数据主要用于细节部位的特征重建；补充视图是指对模型重建无关紧要
38、细节部位的特征重建；补充视图是指对模型重建无关紧要的数据，这部分数据原则上不参与模型的重建，但是可以的数据，这部分数据原则上不参与模型的重建，但是可以用来检验多视拼合的结果以及校验模型重建的精度。用来检验多视拼合的结果以及校验模型重建的精度。测量注意事项测量注意事项 n光线方向尽可能使光线照射方向和结构类零件主要待测表光线方向尽可能使光线照射方向和结构类零件主要待测表面垂直，尽可能保证光线扫描方向和主要待测棱边垂直。面垂直，尽可能保证光线扫描方向和主要待测棱边垂直。n单面测量由于薄板类零件的模型重建可以通过单面曲面重单面测量由于薄板类零件的模型重建可以通过单面曲面重建后利用加厚等方法来创建实体
39、模型，因此对于飞机钣金建后利用加厚等方法来创建实体模型，因此对于飞机钣金件等薄板类零件的测量一般只需要进行单面测量，必要时件等薄板类零件的测量一般只需要进行单面测量，必要时有选择性地测量另外一面的部分数据用于判断应该向哪一有选择性地测量另外一面的部分数据用于判断应该向哪一侧加厚、加厚厚度的确定以及后续模型重建后的精度校验侧加厚、加厚厚度的确定以及后续模型重建后的精度校验等。使用单面测量策略不仅减少了测量和拼合次数，而且等。使用单面测量策略不仅减少了测量和拼合次数，而且测得的数据比双面测量的数据更容易实现分块。测得的数据比双面测量的数据更容易实现分块。测量注意事项测量注意事项 n深孔测量在对深孔
40、进行测量时，通常无法获取完整的孔侧深孔测量在对深孔进行测量时，通常无法获取完整的孔侧面的数据点，这时也需要在孔周围和孔底部（指盲孔）测面的数据点，这时也需要在孔周围和孔底部（指盲孔）测量足够多的关键数据点，以便在模型重建时有足够的信息量足够多的关键数据点，以便在模型重建时有足够的信息进行孔定位、孔径计算和深度估计等。进行孔定位、孔径计算和深度估计等。n装配件的测量在装配件拆卸前应采集尽可能多的数据点，装配件的测量在装配件拆卸前应采集尽可能多的数据点，并考虑装配件中不同零件之间的装配关系的提取（如装配并考虑装配件中不同零件之间的装配关系的提取（如装配件内部零件之间贴合面以及分界线的测量等），然后
41、尽量件内部零件之间贴合面以及分界线的测量等），然后尽量在不重新定位的原则下，逐步拆卸覆盖在外部的零件进行在不重新定位的原则下，逐步拆卸覆盖在外部的零件进行内部零件的测量，对于必须重新定位的情况，需要在装配内部零件的测量，对于必须重新定位的情况，需要在装配件未拆卸之前记录该零件的相对位置，从而在后续模型重件未拆卸之前记录该零件的相对位置，从而在后续模型重建过程中考虑到零件之间的装配约束关系。建过程中考虑到零件之间的装配约束关系。大型物体测量方案大型物体测量方案 CCD相机相机测量测量/建模软件建模软件图象分析图象分析/多视图几何多视图几何特征点线数据特征点线数据/全局定位数据全局定位数据表面点云
42、表面点云数据数据图象抓取及图象抓取及非结构光投射非结构光投射控制单元控制单元双目立体双目立体成像分析成像分析投影投影装置装置自由拍摄自由拍摄光学镜头光学镜头/CCD2被测物体光学镜头光学镜头/CCD1定位测量定位测量表面测量表面测量条件名称实际距离重建结果重建结果绝对误差相对误差0-1611.8980611.92000.02203.60e-52-3611.8000611.7643-0.03575.84e-54-5545.9400545.94920.00921.69e-56-7545.8230545.82600.01753.21e-5平均绝对误差0.0211全局定位精度验证全局定位精度验证内窥测
43、量系统内窥测量系统 n以上介绍的测量方法，通常只能测量物体外以上介绍的测量方法，通常只能测量物体外表面的几何形状，而无法采集内部或隐形表面的几何形状，而无法采集内部或隐形结构表面的点云数据，对既具有复杂外形、结构表面的点云数据，对既具有复杂外形、又具有复杂内部形腔和隐形结构的成形件又具有复杂内部形腔和隐形结构的成形件的测量上述方法就不适合。能够同时测量的测量上述方法就不适合。能够同时测量物体外表面和内部空腔几何形状的测量设物体外表面和内部空腔几何形状的测量设备我们通称为内窥测量系统。常见的内窥备我们通称为内窥测量系统。常见的内窥测量系统主要有自动断层扫描仪和工业测量系统主要有自动断层扫描仪和工
44、业CTCT。自动断层扫描自动断层扫描 n采用逐层去除材料与逐层扫描相结合的方法获得模型的内采用逐层去除材料与逐层扫描相结合的方法获得模型的内外轮廓数据。首先将待测零件用专用树脂材料（填充石墨外轮廓数据。首先将待测零件用专用树脂材料（填充石墨粉或颜料）完全封装，待树脂固化后，固定到铣床上，进粉或颜料）完全封装，待树脂固化后，固定到铣床上，进行微吃刀量切削，得到包含零件和树脂材料的截面，移到行微吃刀量切削，得到包含零件和树脂材料的截面，移到CCDCCD摄像机下，对当前截面进行数字化采样，由于封装材摄像机下，对当前截面进行数字化采样，由于封装材料与零件存在明显边界，利用滤波、边缘提取、纹理分析、料与
45、零件存在明显边界，利用滤波、边缘提取、纹理分析、二值化等数字图像处理技术进行边界轮廓提取，得到轮廓二值化等数字图像处理技术进行边界轮廓提取，得到轮廓的坐标值。重复到铣床上切削一个片层、再分析截面图像，的坐标值。重复到铣床上切削一个片层、再分析截面图像，直至得到模型各截面的坐标数据。直至得到模型各截面的坐标数据。n相对工业相对工业CTCT，自动断层扫描仪的设备费用和运行费用更低。，自动断层扫描仪的设备费用和运行费用更低。由于基于像素提取，每层内测得的数据量也较大。自动断由于基于像素提取，每层内测得的数据量也较大。自动断层扫描系统的明显缺点是要破坏被测物体。市场上比较成层扫描系统的明显缺点是要破坏
46、被测物体。市场上比较成熟的自动断层扫描仪有美国熟的自动断层扫描仪有美国CGICGI公司的公司的RE1000RE1000。工业工业CT n工业计算机断层扫描成像（工业计算机断层扫描成像（ICTICT，Industrial Computer Industrial Computer TomographTomograph）技术则提供了一种无损地再现物体内、外部）技术则提供了一种无损地再现物体内、外部复杂结构及其材质形态的数字层析技术。复杂结构及其材质形态的数字层析技术。ICTICT是对实物样是对实物样件经过件经过ICTICT层析扫描后，获得一系列断面图像切片和数据，层析扫描后，获得一系列断面图像切片和数据，这些切片和数据提供了工件截面轮廓及其内部结构的完整这些切片和数据提供了工件截面轮廓及其内部结构的完整信息。信息。ICTICT技术是医学技术是医学CTCT获得成功应用之后向工业界的拓获得成功应用之后向工业界的拓广和延伸。广和延伸。ICTICT可对各种复杂结构的大、中、小型成形件可对各种复杂结构的大、中、小型成形件实施反求建模及质量控制，也可用于技术破译和产品故障、实施反求建模及质量控制，也可用于技术破译和产品故障、可靠性无损诊断、装配结构分析等。可靠性无损诊断、装配结构分析等。ICTICT测量与分析系统的基本组成测量与分析系统的基本组成
