光切法三维测量在逆工程中的问题分析

　　1　逆工程的概念以及光电检测在其中的作用

　　逆工程是制造行业中近几年发展起来的一个新的概念模式,指根据实物模型测得的数据,通过曲面拟合和CAD建模构造出CAD模型,继而进行产品的分析设计或快速制造[1,2].不同于原始的正向工程,逆工程是基于一个可以获得的实体模型来构造出它的设计概念,并且可以通过对重构模型特征参数的调整和修改来达到对实体模型的逼近和修改,以满足生产要求(见图1).从测量所得的数字化点的产生到CAD模型的产生是一个推理过程.逆工程的第一步是把实体模型转化为数据的测量过程,即数据获取技术或称数字化技术.测量质量的好坏、测量精度的高低等因素直接影响到逆工程的后续步骤,而在逆工程的最后,也需要通过质量检测来检验产品的精确性.为了适应现代工业适时、快速、高精度等要求,检测技术已经由原来的机械式检测逐步为现代光电式检测所代替.

　　2　常用的光电检测方法

　　常用的光电检测方法主要用于尺寸测量(形变测量,位置测量,物体形貌测量)和质量检测(探伤,杂质检测).按照原理分类,有激光三角测量法、莫尔条纹法、全息法、电子散斑法、计算机视觉测量法、红外或超声探伤法等方法.也可以将所有的方法分成两大类[3]:被动方法和主动方法.前者景物的照明是由物体周围的光线提供的,而后者则使用一个专门的光源装置来提供物体周围的照明.被动立体测定技术包括光度体视测定法、由明暗恢复形状(shape from shading)以及由纹理和轮廓恢复形状等,而主动立体测定技术则以结构光法、莫尔条纹法、飞行时间法(TOF)、散焦测距法、三角测距法等为代表.本文所讨论的光切法是三角测量法的特例,由于其原理简单,结构易于实现,因而得到了广泛的应用.

　　3　问题分析及改进方案

　　以上罗列了许多测量方法,它们各自都有自己的优点和缺点,可用于不同的测量范围与场合.但是,在逆工程的实际应用中,常常会碰到许多实际的困难,如测量阴影问题、精度与速度的协调与统一问题等.本文主要以应用最为广泛的光切法为例,针对实际研究中遇到的一些问题进行论述.

　　3.1　测量精度与速度的协调与统一

　　在光电检测领域中,精度与速度一直都是一对同时存在的矛盾体,若要求精度高,则肯定要测量的数据多而密集,这就导致了速度慢,反之亦然.在工程应用中,要根据实际情况来进行妥善取舍.获取测量数据的方式在很大程度上制约着测量速度.以基于激光三角测量法为原理的光切法为例,光切法是在三角测量的原理上,把光点拉成“光线”(光刀),把点扫描变成线扫描,由面阵CCD获取光刀信息,这已经是对测量速度的一个改进,但是在一些应用场合,这还是不够的.大量的光切法三维测量系统都由图像采集卡来获取光刀投影面的整幅图像,然后用数字信号处理的方法对图像进行光刀中心的提取.