基于人工布点规划的测量数据模型重建

　　逆向工程是根据已有实物,通过测量设备获得表面坐标数据,再重新建立实物的数字化模型。逆向工程目前在许多领域都有重要应用[1]。坐标数据采集是逆向工程中的第一个环节,是数据处理、模型重建的基础。随着科学技术的不断发展,测量技术也随着新的物理原理、新的技术成就的不断引入而获得长足发展,光波干涉技术特别是激光技术 的实用化使得测量精度提高了1～2个数量级;数字显示技术在测量上得到了充分的应用,提高了读数精度和可靠性;光电摄像技术与计算技术的结合,使得对复杂零件的测量无论是精度还是效率都得到了极大的提高。目前,主要的坐标测量方法分类如图1所示。

　　由图1可见,坐标测量可分为接触式测量和非接触式测量两大类。非接触式测量方法主要是基于光学、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化为样件表面的坐标点。非接触式测量使测量效率得到了极大提高,某些光学测量机可以在数秒钟内得到几十万个数据点,因而在测量过程中可以大大减少人工测量规划,在整个样件表面快速采集大量的密集点集。这样简化了测量过程,减少了测量人员的工作,而且可以得到包含被测物体更多细节的海量数据。但海量数据的数据量非常庞大,常有几十万,上百万甚至更多的测量点。过于庞大的测量点集,会严重影响曲面重建算法的效率,给数据处理和模型重建带来了很大的困难,往往需要通过特定的算法对过采样的数据进行简化。另外,整体测量得到的海量数据一般是散乱的,而且一般并不显式地包含特征信息,如尖角、棱边,这就需要通过相应的软件进行数据分片和特征提取。而目前的海量数据处理软件还远不能满足这种需求。接触式测量方法通过传感测量头与样件的接触而记录样件表面的坐标位置,可以细分为点触发式和连续扫描式数据采集方法。接触式测量的精度一般较高,但相比之下测量效率较低。目前点触发式的坐标测量机仍有大量应用。点触发式测量的优点是可以通过人为规划,使得在大曲率或曲率变化剧烈的区域获得较多的测量点,而在相对平坦的区域则可以测量较少的点,可以结合造型方法,人工对被测物体进行区域规划,测量对物体形状起关键作用的特征线和曲线网格,数据点可以根据需要组织成模型重建软件所需要的形式,然后根据特征线及曲线网格重建物体的CAD模型,减少了数据处理的难度和工作量。

　　本文结合作者利用点触发式坐标测量机进行数据采集及其模型重建的工程实践,讨论测量布点规划及基于人工布点规划的测量数据的模型重建。

　　1　测量规划