逆向工程技术三维激光扫描测量

1　逆向工程技术

　　一件拟制的产品如果没有原始设计图,需要委托单位交付一件样品或模型,请制作单位复制(copy)出来.传统的复制方法是用立体雕刻机或液压三次元靠模铣床制作出1∶1的比例模具,再进行生产.这种方法属于模拟式(analog type)复制,无法建立工件尺寸图档,也无法做任何的外形修改.

　　目前所称的逆向工程(reverse engineering)是针对一现有工件(样品或模型),利用3-D数字化测量仪器准确、快速地将轮廓坐标测得,并加以建构曲面、编辑、修改后传输到CAD/CAM系统,再由CAM所产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机,制作所需模具,或送到快速成型机(rapid prototyping)将样品模型制作出来(见图1).

2　3-D非接触扫描测量

2.1　非接触探头简介

非接触式测量探头一般是以三角测量原理为主,可分为点测量、线测量及面测量3种,如图2所示.

非接触式探头一般用于不规则曲面上的测量,因不规则曲面对于接触式探头的半径补正相当困难,而且测量速度相对来说比较慢.非接触式探头的种类一般分为两种,一种为激光扫描式,另一种为以激光或平行光做基准的CCD采集方式.

2.2　数字图像处理

　　CCD (charge coupled device)是一种阵列式的光电耦合检像器,称为“电荷耦合器件”,在采集图像时,类似传统相机底片的感光作用.当评估扫描器的分辨力(scanning resolution)时,实质就是评价CCD的分辨能力.

　　检测信号经过传输线送到插在计算机槽上的图像处理卡上,图像卡把模拟信号转换成数字信号,并储存于图像卡上的存储单元,同时图像卡将输出模拟信号到监视器(monitor)上.总之将摄影机采集的图像像素经过图像处理后,便可以将得到的图像像素转换成样品所需部分的三维轮廓图像,整个数字图像处理(digital image processing)简图,如图3所示.

　　图像数字化后,从PC机上所得到的图像数据乃是由一个一个像素(pixel)组成的,每个像素都有其特定的坐标,且对应于物体上的某一点,如图4所示.

　　每个像素的值,一般由称为灰度值(gray level)的量来描述,灰度值与该像素所对应的物体点亮度对应,灰度值越大表示其亮度越高.如果每个像素的灰度值由8位二进制值来表示,亮度的变化即可从0变化到255.

　　一张经过数字化后的图像其品质的好坏和其分辨力有密切的关系,分辨力越高图像的品质越好.分辨力可分成空间的分辨力(space resolution)和亮度分辨力(brightness resolution)两种,空间分辨力越高表示一张图像被分割越多的像素,图像的品质自然越好;亮度分辨力表示一个像素所能表示亮度变化的范围.图像被分割的越细,每个像素所能表示的明暗范围越大,图像的品质自然越好,但是所付出的代价则是大量的存储空间和处理时间.