逆向工程的仿型测量技术及误差补偿处理

今辰

在逆向工程中，仿型测量是最为关键的一个环节，测量数据的精度决定着CAD模型重构的精度及模型表面再现的质量，测量的速度也在很大程度上影响着逆向工程的快慢，所以仿型测量的速度和精度在逆向工程全过程中占有很大比重。从测量方式可分为：接触式和非接触式两种，接触式测量是传统的测量方式，也是实际工程中常用的方式，其典型代表是三坐标测量机。采用三坐标测量机可以达到很高的测量精度，但是由于采用的是接触式测量，易于损伤测头和划伤被测零件表面。始终还需要人工干预，不可能实现全自动化测量，而且测量速度较慢。
    近年来，随着机器视觉技术和光电技术的发展，用非接触式的光电方法对曲面三维形貌、形状进行快速测量已成为大趋势。非接触式测量方式特点是：测量过程中，测头不接触被测表面，避免了接触式测量中测头半径补偿带来的麻烦和被测表面的划伤，可以实现对各表面进行高速测量。非接触式光电测量方法主要有：光栅投影、激光三角形、三维视觉、激光扫描法等，此外还出现了CT和核磁共振扫描方法，但目前所能达到的测量精度较低。
    目前，在实际的生产实践中，对于由复杂曲面所构成的零件，实施逆向工程测量多采用三坐标测量机，使用三坐标测量机测量时，其误差主要来源于设备误差、装夹误差、测量基准的确定性误差及测头半径的补偿误差。误差处理的关键在于测头半径的补偿和修正，因为通过测量而得到的数据实际上只是测量时测头中心的位置坐标，需要经过补偿和修正后才能得到曲面的真实座标值。常用的补偿修正方法有三种：小曲面片近似法、B—样条拟合法和最小二乘法拟合法。实践经验表明，小曲面片近似方法需要的测量点多而使测量工作量加大，其补偿修正误差也较大；B—样条拟合法具有适应性强，准确性好的优点，故在测头半径的补偿修正时多用三次B—样条拟合方法。