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1、2004年第38卷№1069反向工程中的光栅扫描技术周士侃 娄臻亮 刘 冰 张文君上海交通大学摘 要:介绍了用于反向工程领域的一种先进光栅扫描技术———基于Atos光栅扫描仪的点云采集原理以及Atos三维扫描仪的实际应用;通过Atos三维扫描仪与Tritop数码照相系统的结合,解决Atos在测量大型工件时定位精度不高的问题。关键词:反向工程, 点云, 光栅扫描RasterScanningTechnologyUsedinReverseEngineeringZhouSikanLouZhenliangLiubingetalAbs
2、tract:TheprincipleofcollectingpointcloudbasedonATOS3d2coordinateopticalscanner,akindofadvancedrasterscanningtechnologyusedinreverseengineering,andthepracticalapplicationoftheAtosareintroduced.BythecombinationoftheATOS3d2coordinateopticalscannerwiththeTritopdigital
3、photographicsystem,theproblemaboutpositioningaccuracywhileATOSmeasuringlarge2sizedworkpieceissolved.Keywords:reverseengineering,pointcloud,rasterscanning出的CAD模型才会和实物匹配。因此,选用合适的1 引言点云采集方法是实现反向工程的关键。随着计算机技术的飞速发展,CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具,其中三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案
4、评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。在实际的开发制造过程中,设计人员接收到的技术资料有时是各种数据类型的三维模型,但有时(很多图1 反向工程的一般过程时候)却是从上游厂家得到的产品实物模型。对于后一种情况,设计人员需要通过一定的途径,应用反2 常用的点云采集方法向工程技术,将这些实物信息转化为CAD模型。所谓反向工程技术(ReverseEngineering),是指采用一目前国内外一般采用三维扫描仪(32Dimensional定的测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数Scanner)进行点云采集。三维扫描仪又称为三
5、维数据通过三维几何建模方法重构实物CAD模型的过字化仪(32DimensionalDigitizer)。根据三维扫描仪所[1]程。据统计,世界各国百分之七十以上的技术源于采用的原理、结构、工作方式,可将三维扫描仪分成国外,反向工程技术作为消化、吸收、掌握国外先进接触式与非接触式两大类。技术的一种有效手段,可使产品研制周期缩短40%(1)接触式扫描仪以上,大大提高了设计、生产效率。因此,深入研究接触式扫描仪采用硬质探针或其他探头在物体反向工程技术,对我国国民经济的发展和科学技术表面接触扫描,可以对具有复杂形状的工件的空间水平
6、的提高具有重要意义。尺寸进行测量。此类扫描仪的典型代表是英国反向工程的一般过程见图1。反向工程系统将Renishaw公司生产的系列三坐标测量仪(Coordinate采集的点云数据经过必要的编辑、多模型自动匹配、MeasuringMachine,CMM),如CYCLONE扫描仪。偏置、滤波、排序等优化处理,人工或半人工寻找结(2)非接触式扫描仪构特征线,根据结构线及域内点云拟合出各局部的非接触式扫描仪以激光、超声波、红外线等媒介曲面CAD模型。其中,点云采集是第一步,也是最代替探针,甚至利用计算机视觉技术直接根据物体关键的一
7、步。只有采集到精确的点云数据,最后得的图像来恢复三维信息。根据扫描方法的不同,有点状激光式、线状激光式、光栅投影式和数码影像合收稿日期:2004年3月成等[2-3]。本文所介绍的Atos扫描仪属于非接触70工具技术光栅投影式扫描仪。摄取的测量影像的处理后,即可得到被测物的3D对应平面(2D)坐标值。据此,由2D坐标的每一坐3 光栅式扫描仪Atos标点与取像镜心所构成的空间虚拟直线与投射编码光栅投影式测量的基本原理是:把光栅投影到图案所形成的空间虚拟平面间将产生相对的唯一交被测件表面上时,由于受到被测零件表面高度的调点,因此
8、可顺利产生测量物的三维坐标。由于两个制,光栅影线将发生变形;通过解调该变形光栅影摄像机所得的绝对相位函数都进行计算,通过采用线,就可得到被测表面的高度信息。如图2所示,测一种新的关联算法,由已知标定的探测装置可以计量前,入射光线P照射到参考平面上的A点;放上算得出高精度物体坐标。被测物体后,入射光线P照
