基于三维摄影扫描技术的几何检测研究

　　0　引言

　　大型零件几何尺寸的检测通常使用龙门式三坐标仪、经纬仪、关节臂坐标仪等接触式测量法。但是这些传统的接触式测量方法通常效率很低，如果要检测复杂曲面零件时甚至很难进行。现在国际上新流行的方式是采用三维摄影扫描的办法进行。这种非接触式的测量方法不受被测物的大小、体积、外形的限制，可以有效地提高检测效率。

　　1　三维摄影扫描测量流程

　　三维摄影扫描测量首先要获得被测物体的表面三维点云数据，以此为基础在逆向工程软件中进行拟合测量。整个测量的基本流程如图1所示。

　　2　点云数据的获取

　　本次测量的对象为一个大型工件螺母柱，长度5m左右，宽度1.5m 左右，厚度0.7m 左右。精加工出来的金属表面反光很强。

　　由于是光学测量，所以需要在整个工件表面喷一层很薄的显影剂，形成哑光面，然后贴上标志点与编码点。点云数据的获取分为两个阶段，分别是三维摄影阶段和三维扫描阶段。三维摄影阶段是利用高像素高分辨率的数码单反相机对已经贴好编码点和标志点的工件进行多角度的拍摄，以获取测量需要的框架结构。其中的每个编码点都是唯一的，如图2所示，然后利用框架结构识别标志点，为下一阶段三维扫描做好准备工作。标志点转换到三维坐标中得到的图像见图3。三维扫描阶段是利用摄影得到的框架结构进行扫描(如图4所示)，并进行拼接计算，最终得到点云数据，如图5所示。

　　3　点云数据的处理

　　得到点云数据以后要进行一定的处理才能进行拟合测量。我们采用美国Geomagic公司的Geomagicstudio软件进行点云的处理，主要包括筛选删除体外孤点、杂点以减少噪声。对点云进行统一采样，降低点云数据，由700多万点减少到200万点，这样可以在不影响模型表面细节的基础上减少计算机处理的数据量，加快处理速度。然后对点云进行三角面网格化封装，最后对齐坐标系，以便后续处理。点云数据处理流程如图6所示。

　　4　逆向软件中进行拟合测量

　　点云数据经过Geomagic　studio软件进行处理得到三角面封装文件后就可以导入到Imageware软件中进行拟合测量了。

　　以测量螺距尺寸为例，在Imageware中测量的方法如下：

　　(1)利用螺母柱两侧的斜平面拟合两个面并求出它们的交线，从图纸得知螺母柱螺牙牙底圆的圆心所在轴线与交线重合可认为此交线为螺母柱片的中线。

　　(2)将交线投影到螺母柱底平面所在的ZY 平面(见图7)，从而得到螺母柱上螺牙的中线，继而得到中线对应的投影点，如图8所示。