摘要：目前，逆向工程中的曲面数字化测量前提，是要提取对象表面的三维信息，其实质即对被测实体轮廓信息进行数字化。在逆向工程的测量流程中，测量数据处理是极其重要的一环，处理的效果将直接影响到整个产品模型的逆向工程的时间的长短。获取数据的质量好坏直接影响到对被测实体进行描述的准确、完整程度，而影响到重构的CAD曲面、实体模型的质量，并最终影响到制造出来的产品，是否能够真实地反映原始实体模型。
论文关键词：数据,测量,处理
一、 数据获取技术
要实施逆向工程，首先就要提取对象表面的三维信息，其实质即对被测实体轮廓信息进行数字化。产品表面数字化，指通过特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据，在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。因而，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一。获取数据的质量好坏直接影响到对被测实体进行描述的准确、完整程度，而影响到重构的CAD曲面、实体模型的质量，并最终影响到制造出来的产品，是否能够真实地反映原始实体模型。
目前，逆向工程中获取数据的方法主要有接触式和非接触式测量两类[43]。接触式测量主要特点是使用的测量传感器与被测物体表面接触；非接触式测量根据测量原理不同，大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式，主要是利用某种与物体表面发生相互作用的物体现象来获取其三维信息，见图1。在非接触式测量中，应用光学原理发展起来的现代三维形状测量方法应用最为广泛。光学测量一般是基于三角法测量原理，可分为点测量、线测量及面测量三种。非接触探头一般用于不规则曲面的测量，因为不规则曲面对于接触式探头的半径补偿相当不易，而且测量速度相当慢。随着 CCD 等光电器件的快速发展，产生了以三角法测量技术为基础的快速轮廓视觉测量技术。视觉测量一般使用三种激光光源：点结构光、线结构光和面条纹结构光，现今应用最广的是扫描线结构光。
图1 实物数字化方法
各种测量方法在测量精度、速度等方面都不尽相同。对于逆向测量而言，数据测量应满足下面的要求：
1.采集的数据应满足工程的实际需要，如汽车工业，其最终的整体精度不能低于0.1mm/m。
2.快速的数据采集速度，尽量减少测量在整个逆向工程中所占的时时间。
3.数据采集要有良好的完整性，不能有缺漏，以免给后续的曲面重构带来障碍。
4.数据采集中不能破坏原型。
5.尽可能降低测量成本。
二、 数据预处理技术
对得到的测量数据在CAD模型重构以前，应对点云进行一些必要的处理，为曲面重构过程做好准备，即点云预处理。主要包括散乱点排序、多视拼合、误差剔除、数据光顺、数据精简、特征提取和数据分块这几个方面，其流程图如图2所示。
图2 数据预处理流程
1.多视数据拼合[
无论是何种数字测量方法，希望通过一次测量完成整个待测件的数字化是很困难的。通常的作法是对待测件重新定位，以不同基准获取试件不同方位的表面信息，这样就获得多视数据。多视拼合的过程，就是将多视数据变换到同一坐标系中，然后对两数据块的重叠区域数据进行融合，从而形成被测对象的完整数据描述。对同一物体的多视点云拼合，一直有两种处理方法：
1）对点进行处理，即直接对点云进行拼合，再重构出原型；
2）对各视图进行局部构造几何形体，最后拼合这些几何形体。
基于点拼合的最大优点是能对物体所求得的各个面有总体上的了解和把握，能获得拓扑上一致的数据结构，尽管该数据结构可能是庞大的，但这种一致性是基于面的拼合难以达到的。目前，多视数据间重叠数据如何有效及合理融合是逆向工程中的难点之一。
2.特征提取
特征提取主要是从测量数据中提取出便于生成特征曲线和特征曲面的特征点。特征主要是指对曲面建模有关键影响的一些局部曲面或曲线，它们对重构模型的品质有着举足轻重的作用。测量数据在经过滤波、精简等处理后，接下来就要提取线特征。特征提取也是滤波的一种，方法主要是根据给定的曲率变化梯度门限，推断和寻找点云中的边界、棱边、坑孔等突变特征，用于后续建模时的区域划分。方法如：弦偏差法，角偏差法。
3.数据分块[
逆向工程中，反求对象的复杂表面通常包括多个不同类型的表面片，整体曲面的拟合往往较难以实现，通常采用分片曲面的拼接来形成整块曲面。数据分割就是根据组成实物外形曲面的子曲面类型，将属于同一个子曲面类型的数据分成一组。将全部数据划分成代表不同曲面类型的数据域，在后续的曲面模型重建时，先分别拟合单个曲面片，再通过曲面的过渡、相交、裁剪、倒圆等手段，将多个曲面“缝合”成一个整体，即模型重建。以某汽车覆盖件为例[50]，其点云分块如图3所示。
图3 点云分块图
对图3中的单一特征块的特征识别后，可以将该模型的各个部分按特征类型归纳为五类：平面、拉伸面、旋转面、直纹面、扫成面。具体来说，块1为扫成面，块2、3、4为拉伸面，块5、6、8、9、14、16为单一的平面，块11、12为组合平面，块7、10、13、17为直纹面，块15是个很小的旋转面。
[1] 王红敏. 逆向工程测量技术研究[D]. 济南:山东大学，2007.
[2] 董锦菊. 逆向工程中数据测量和点云预处理研究[D]. 西安:西安理工大学，2007.
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[4] 隋亦熙. 逆向工程中曲线曲面特征提取研究[D]. 杭州:浙江大学，2008.
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