远程测量系统中被测零件的重建

    因特网的出现,为测量者与测量设备之间的通讯提供了一个新的平台。将测量仪器及设备连接到网络上,人们可以随时随地接入因特网对处于千里之外的测量设备进行仪器维护、演示教学、测量等各种操作。

    基于因特网的远程测量系统从结构上可大致分为两类:被动式远程测量和主动式远程测量。绝大多数远程测量系统都是被动地接受远方的测量信息,而主动式远程测量要求客户端的操作者根据服务器端的测量环境及状况操作测量仪器进行测量。基于因特网的坐标测量机(CMM)远程测量系统不仅要求能够实现远程被动测量,同时还要具备对CMM进行远程操作的功能。

　　1　CMM远程测量系统

　　要远程操作CMM实现远程测量,操作者必须了解服务器端的现场环境,才能发送合适的命令,然而由于数据包在因特网上传送存在时延的不确定性,操作者很难实时获得操作结果,导致操作效率低下,容易损坏设备[1]。

　　为了克服上述问题,为操作者构建一定程度的临场感,让操作者“看得见”被操作零件及操作过程,利用仿真CMM构造了一个高效的虚拟操作环境,整个远程测量系统由CMM、客户机/服务器、图像反馈和虚拟环境4部分组成,采用预测/预演和局部自主控制相结合的控制策略实现远程测量。其中客户端采用预测仿真技术构建虚拟操作环境,虚拟操作环境中的CMM能模拟实际的CMM进行工作,预演操作者发出的指令实时地为操作者提供指令执行的模拟结果,辅助操作者进行连续的操作。同时,虚拟操作环境还可以将操作者的操作编制成一系列的指令序列,再将指令序列经因特网传送给真实的环境和设备,控制CMM进行测量。

　　但是要实现测量者与CMM分离的远程测量,仅在测量者所在的客户端构建CMM的仿真环境是不够的,还应该知道被测零件在真实操作环境的位置、几何形状及在虚拟环境中的对应,这样才能在客户端对CMM的测量进行路径规划,最终完成远程测量任务。因此被测零件在虚拟环境的三维重建是为操作者提供测量现场信息,进一步完善远程测量系统的重要工作。

　　2　被测零件的三维重建

　　基于图像的三维重建属于计算机视觉中的一个重要的研究方向,从提出到现在已有10多年的历史,其中比较有代表性的有美国卡内基梅隆大学的3D ROOM系统、美国马里兰大学的KECK Lab系统、澳大利亚的3D CITY项目、英国剑桥大学的三维建筑恢复系统。

　　本研究中的视觉系统由两个CCD相机组成,被测零件的三维重建通过摄像机标定、三维信息的提取和建模两步完成。系统的框架结构如图1所示。整个框架由4个主要部分组成:相机标定、特征提取、基元(基本几何体)识别和三维建模构建。