逆向工程中的曲面数字化测量方法探讨_规划-论文网

（4）选择采样密度

测量机通过采样获取曲面信息，根据采样理论，要完全反映曲面的形状，测量点的密度应该大于曲面形状变化的最大频率的2倍。对于复杂曲面来说，当利用激光扫描等高速采样设备时，这样的样本在技术上是可行的，但将给后续的分析带来计算上的困难，对使用低速测量设备如CMM时，将使测量工作量相当大。因而，在工程实际中，常利用统计学原理确定采样样本的大小。根据统计学原理给出的测量样本，理论上其分布应该是随机的，但考虑到曲面测量和加工的实际情况，目前在曲面的测量点分布中，常用的有如下两种情形：

1）均匀分布：测量点均匀分布在曲面上，其优点为测量路径容易形成，测量位置容易确定，缺点是没有考虑到曲面形状的变化，使得局部的样本密度与曲面的局部形状变化的曲率不相适应，没有考虑到加工难度随曲率变化的规律。

2）按曲率分布大小布置测量点：这种方式克服了均匀分布的缺点，但带来在曲率较小的区域有可能测量点过少的问题。

结合上面两种方法，在均匀布点的基础上再按曲率分布进行数据采集，可以取得了良好的效果。

（5）边界测量

在用测量机对边界点进行测量时，由于接触打滑，使得边界测量测点不准确。解决的办法是向内等距地测量边界内测点，构造曲面模型，通过曲面延伸计算得到边界数据。为避免延伸曲面的自交和重叠，应做到：

1）曲面边缘测量点的布置应与真实边界等距，且距离应尽量小。

2）边缘测量点的布置要密一些，且均匀。

3）根据具体产品的外形特征选择延伸方式。

本文在对电话机听筒的边界进行测量时，如图2所示，沿边界画了一条等距线，然后手握测头沿着这条等距线进行测量，这样减小了人为视线误差。

由于工件表面形状不一，表面曲率变化不尽相同，特别是一些复杂的自由曲面，无法通过对整个曲面扫描得到曲面上所有的点。如果采用单一的测量方式对待，可能导致系统对有些物体的测量质量（如数据完整性）较差或难以测量。为获得正确、完整的测量数据，测量前必须做好测量规划。

（1）扫描方式

对于LSH800系统而言，可以依据模型的外形与轮廓的变化，找出最佳的测量方式。将常见测量对象分为三类。

1）棱柱类——长、宽、高差别不是很大，但是有较大的局部曲率变化；

2）回转体类——有明显的回转特征且曲率变化平缓；

3）盘盖类——扁平且薄或在某一方向上对称的物体。

这种划分没有绝对的标准，一般是参照物体形面的几何特征。针对不同的特征及大小采取不同的测量策略。

以圆柱体测量为例，如图3所示，左图为旋转扫描所得点云，右图采用平面扫描，为其中的两片相连点云。从右图看出，红色、蓝色点云间出现数据重叠，一方面自动拼接存在误差，另一方面需要进行数据融合，所以这种扫描方法不可取；若采用旋转扫描，则可以一次获得整个数据，如左图。

（2）工件装夹定位

对于尺寸大于测量行程的样件，必须进行多次装夹，分段测量。在上述几种测量过程中，如果存在无法获取的局部特征，也应重新装夹定位测量。工件装夹的基本原则是保证样件的原有状态。装夹时，应确保装配体及每一个零件在测量状态下的形状与使用状态下一致，产品在装卡时不可以发生变形，也就是所有零件应尽可能在装配状态下测量。对于刚性较好的装配体，装夹时只需自然放置在支架上，然后进行加固，以确保在测量时不会发生倾倒或移位。对于柔性或已经产生变形的工件，则应使用强行约束使其形状恢复至使用状态，再安装到支架上固定。

工件测量位姿也是装夹时要考虑的因素，应尽量在一次定位的基础上完成数据采集，以避免多次定位和多视拼合所产生的误差。工件定位应注意以下原则：

1）每次定位时所能达到的测量范围最大化，从而减少测量分块的数目，以减少工件重复定位带来的累积误差。

2）测量区域划分应避免边界线与特征线相交，以保证特征数据的完整性，防止同一特征的二次测量数据拼合误差造成的特征变异、失真。

3）重定位测量时，应正确确定重定位基准点，使基准点所形成的区域尽可能大，即每次定位应与之前的某次定位有尽可能大的重合测量区域。以保证数据的完整性，及保证重定位变换的精度。

4）重要的测量面尽可能放置成垂直状态以保证测量精度。

5）为防止特征数据丢失，尽量使测量区域内拥有一个一致的特征线走向，以保证扫描方向与测量区域内所有的特征线走向保持近似垂直。如不能保证同一测量区域内特征线走向一致，需减少扫描线间距，使测量数据能够完整反映所有曲面特征。

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