光学测量技术在覆盖件CAD模型重建中的应用

　　0　引言

　　逆向工程作为新产品开发和消化、吸收先进技术的重要手段,在制造业,特别是航空、汽车、摩托车等行业中的应用越来越受到重视。从逆向工程流程图1中可以看出,逆向工程CAD建模的首要任务就是获得产品复杂表面数据,而测量数据的可用性决定了CAD模型重构的效果和速度。因此,合理、准确、快速地获得产品复杂表面数据就变得尤为重要。

　　1　数据采集方法

　　目前,国内外一般采用三维扫描仪进行数据采集。根据三维扫描仪所采用的原理、结构、工作方式,可将三维扫描仪分为接触式与非接触式两大类:(1)接触式扫描仪通过硬质探针或其他探头接触样件表面记录样件表面点的坐标位置,可以对具有复杂形状工件的空间尺寸进行测量。三坐标测量机(CMM)是采用最广泛的接触式测量设备,有较高的测量准确性和可靠性;(2)非接触式扫描仪主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理,将一定的物理模拟量通过适当的算法转换为样件表面的坐标点。其中应用光学发展起来的现代三维形状测量方法应用比较广泛,如投影光栅法、激光三角形法、全息法和深度图像法等。

　　2　拖拉机前机罩表面的数字化

　　2.1　光栅测量

　　(1)COMET测量系统

　　COMET可变焦数字测量系统是由德国Stin-bichlerOptotechnik公司利用其专利技术研制的。该系统是由带控制器的测量头、操纵装置、标定板、PC机和COMETplus软件组成。该系统采用投影光栅相移法进行测量,每次测点可达130万个,测量精度可达0.02 mm。

　　该系统相对于其他同类产品(Atos)具有以下特点:COMET系统采用单光栅旋转对物体表面进行测量,在测量过程中光栅自动旋转并进行相位移,弥补了直线移动光栅时光栅条纹方向与特征方向平行或接近平行时测量数据会残缺不全的缺点,实现对工件的边界、表面细线条等特征的准确测量;通过光栅旋转对光栅进行编码,这种编码方式不需要改变光栅的节距,光栅的条纹可以做得非常细,可以极大提高分辨率和精度;采用一个CCD镜头,可以将复杂曲面的阴影降到最小,避免了普通双CCD系统固有的同步误差。

　　(2)光栅测量原理

　　投影光栅法的基本原理是通过投影仪把光栅影线投影到被测件表面上,受到被测零件表面高度的调制,光栅影线发生变形。通过解调变形的光栅影线,就可以得到被测表面高度信息。如图2所示,当入射光P照射到参考平面上的A点时,放上被测物体后,入射光P便照射到被测物体上的D,此时反应在CCD上,A点就移到新的位置C点,距离AC就携带了高度信息h,即高度受到了表面形状的调制。