现代测量方法在逆求工程中的应用

　　逆求工程是一门目前被高度重视且发展很快的学科, 它涉及到许多方面的内容。典型的逆求工程是指从测量实际物体出发, 在此基础上推导出曲面或实体的模型, 以提供给CAD/CAM 系统进行下一步的工作。

　　测量方法的选用是逆求工程中一个相当重要的问题。由于采用的测量方法的不同, 所测得数据在精度、完整性等方面都会有很大的差距。笔者将讨论运用于逆求工程中的各种数据获取方法的原理以及它们在实际应用中需要考虑的一些问题。

　　1　测量方法的分类

　　有很多种方法可用来获取目标物体的形状数据, 如图1 所示。本质上,每种方法都运用一定的原理和手段对目标物体的表面或体积进行处理来捕捉数据。在非接触式方法中, 可以利用光、声或磁场来测量表面; 在接触式方法中, 则可以使用安装在机械手顶端的探针来接触物体表面。在每种情形下, 都必须采取适当的方法对物理方法读取的数据进行进一步的操作以确定物体表面上点的位置。例如, 在激光测距仪中, 用光束飞行的时间来判断光走过的距离; 在图像分析仪中, 多个图像的相对位置与测试点的选定有关。因为每种方法都各有其优缺点, 所以必须根据形状的特点小心地选择测量方法。

　　1. 1　非接触式测量方法

　　在非接触式方法中, 光学方法是应用最为广泛的一类方法。它的显著特点是具有很快的测量速度。三角测量法、排列光照法、干涉测量法、结构光照法和图像分析法是常用的5 种重要的光学方法。

　　三角测量法利用光源和光敏设备之间的位置和角度关系来推断表面点的具体位置。首先, 一束高能光经过聚焦后按照事先计算好的角度投射到物体表面上, 然后用光敏设备( 通常是视频相机) 来检测物体表面的反射光, 再根据已知的角度和位置计算出表面上点的位置。光源和相机可被安置在移动平台上, 这样就可以获得表面的多个扫描记录, 而这些记录正是与物体表面相关的测量数据。激光是许多高能光源中使用最为普遍的光源。三角测量法可高速地测量数据, 它的精确性由光敏设备的分辨率和表面与扫描仪间的距离共同决定。

　　排列光照法通过检测光束飞行的时间来确定距离。在实际应用中, 人们通常采用激光或脉冲光束。

　　干涉测量法通过分析指定投射光的波长与形成的干涉曲线间的特定关系来确定距离。

　　因为大多数应用中需要测量的长度范围在厘米和米之间, 而可见光的波长为几百纳米, 所以这是一种十分精确的测量方法。从理论上讲, 电磁光谱的其他部分也是可以利用的。