第4章 反求工程.ppt

4.3 反求工程的步骤 数据获取 Data Capture 数据预处理 Preprocessing 数据分块与曲面拟合 Segmentation and Surface fitting CAD模型生成 CAD model creation 测量机分类 接触式 三坐标测量机（CMM coordinate measure machine） 机械手 非接触式 光学测量 声学测量 磁学测量 破坏式——自动断层扫描 接触式测量机 工作方式：点触发，连续或间断式数据采集 特点：不受物体表面颜色及光照的限制，对物体边界也能产生准确的测量结果 缺点：由于测头的限制，可能丢失某些测头不可到达的细节数据 不能测量软材料 测量速度受到机构运动的限制 三坐标测量机（CMM） 龙门式CMM CMM系统组成 计算机 控制零件程序的执行和进行结果处理，实现与外设的通讯 数控设备 计算机和测量机的接口，控制测量机运动 测量机机体 底座、工作台、立柱、导轨、测头、驱动电机 机械手式测量机 测量方法：操作者手持测量手臂，末端探针接触被测量物体表面时按下按钮，记录坐标和探针手柄方向，通过串口线传到各种软件包上 光学测量机 激光三角形法 激光测距法 投影光栅法 图像分析法 激光三角形法 原理：激光带投射到被测物体表面，反射光在图象传感器上成像，按照预设定的三角形光路原理的测到被测物体的坐标，物体的全轮廓是通过多轴可控机械运动辅助获得 原理图 CyberWare测量机 CyberWare测量机 Cyberware 激光测距法 激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面间的距离 投影光栅法 采用普通白光将矩形光栅投影于物体表面，摄取变形光栅图像，根据灰度值变化，算出空间坐标 ATOS流动光学三坐标测量系统 atos 贴标签定位 图像分析法 利用高分辨率的数码相机，拍摄多个图像，利用一个点在多个图像中的相对位置，通过视差计算距离，从而得到点的空间坐标 自动断层扫描 逐层去除材料与逐层扫描相结合的方法 将待测零件用专用树脂材料（填充石墨粉或颜料）完全封装， 待树脂固化后，固定到铣床上，进行微吃刀量切削，得到包含零件和树脂材料的截面， 移到CCD摄像机下，对当前截面进行采样量化，由于封装材料与零件存在明显边界，利用滤波、边缘提取、纹理分析、二值化等数字图像处理技术进行边界轮廓提取，得到各轮廓的坐标值。 重复步骤2、3，再到铣床上切削，再分析。 自动断层扫描数据 测量中的问题 精度标定 透镜变形，非线性因素等的影响，存在系统传感误差 不可测量性 阴影、障碍物，夹具 多个视点测量，再进行多视拼合 测量噪声 被测物体表面特征的影响 光洁度、表面涂层对光线的反射率 头发测量，粗糙表面的典型实例 测量数据类型 散乱点云（Point Cloud） 扫描线点云 网格化点云 三角网格点云 多边形点云 散乱点云 测量点没有明显的几何分布特征，呈散乱无序状态 随机扫描下的CMM，光学测量系统多张数据拼合后 散乱点云数据 扫描线点云 点云由一组扫描线组成，扫描线上的所有点位于扫描平面内 CMM、激光三角形测量系统沿直线扫描、线结构光扫描测量 扫描线点云数据 扫描线点云数据 网格化点云 点云中所有点都与参数域中一个均匀网格的顶点对应 网格化插值 网格数据表示 三角网格点云 点云中的点与邻点构成三角网格拓扑关系 ATOS流动光学三坐标测量机 三角网格点云数据 多边形点云 测量点分布在一系列平行平面内，用一小线段将同一平面内距离最小的若干相邻点依次连接，可形成有嵌套的平行多边形 层切法、核磁共振、工业CT 多边形点云数据 数据预处理内容 数据拼合 数据光滑 数据简化 数据修复 数据分块 数据拼合 也叫多视拼合，因为一次测量完成对全体件的数字化是很困难的 CMM中多次装夹 光学测量仪中，多视角测量 可以在测量过程中由软件自动拼合，也可以在测量结束后输入到反求工程软件中拼合 拼合方法 点位法：测量点中确定三个非共线点，作为分视图的局部坐标系标准 拼合结果 数据光滑 实际测量过程中受到人为或随机因素的影响，使得测量结果包含噪声，为了降低或消除噪声对后续建模质量的影响，有必要对数据进行平滑滤波。 人机交互 程序滤波 变形光顺 人工交互 滤波方法 高斯滤波：指定域内的权重为高斯分布，平均效果较小，在滤波的同时能较好的保持原数据的形貌。 DK = D * G 平均滤波：采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计平均值。 中值滤波：采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计中值，消除数据毛刺的效果较好。典型的低通滤波器。在图像处理中，就是指把以某点(x,y)为中心的小窗口内的所有像素的灰度按从大到小的顺序排列，将中间值作为(x,y)处的灰度