(鹽城工學(xué)院 吳衛(wèi)東)
5?>Q[a.Ne ! $iwU3~< 1 引言
7 8xiT l@UF-n~[ 反求工程（或稱逆向工程）是一門發(fā)展迅速的新興技術(shù)。實物反求技術(shù)被用于基于已有產(chǎn)品實物的產(chǎn)品再設(shè)計，或?qū)σ恍o法用數(shù)字化手段直接表述和設(shè)計、而只能以實物形式表達(dá)的產(chǎn)品模型（如油泥模型）進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，以實施對這些產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計與制造。例如，在對飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器的外型進(jìn)行空氣動力學(xué)設(shè)計時，完全基于實驗優(yōu)化得到的實物模型無法直接用現(xiàn)有的CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行建模表述，因此，為了實現(xiàn)這些飛行器的數(shù)字化設(shè)計與制造，就必須利用實物反求工程中的點云數(shù)據(jù)采集技術(shù)將實物模型轉(zhuǎn)換為CAD模型。目前，實物反求技術(shù)已在新產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品維修、產(chǎn)品在線檢測等方面得到了廣泛應(yīng)用。
~rOvVi&4 <]S
M$) =D 在實物反求工程中，為實現(xiàn)對象數(shù)字化，必須利用相應(yīng)的測量或掃描設(shè)備對產(chǎn)品三維實物模型進(jìn)行測量或掃描，以獲得實物模型的空間拓?fù)潆x散點數(shù)據(jù)點云。因此，點云數(shù)據(jù)采集是實物反求時首先必須完成的工作。在各種實物測量技術(shù)中，近年來出現(xiàn)的光學(xué)掃描點云數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有測量效率高、數(shù)據(jù)完整性好、適用范圍廣、可采集數(shù)據(jù)范圍寬（從數(shù)毫米至數(shù)十米）等諸多優(yōu)點。
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y p.2c >/GYw"KK 近年來，國內(nèi)不少高校和科研院所對實物反求技術(shù)進(jìn)行了大量研究和開發(fā)，并在一些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破。通過自主開發(fā)和技術(shù)合作，國內(nèi)在接觸式測量技術(shù)及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用上已日趨成熟。但對于非接觸測量的光學(xué)掃描點云數(shù)據(jù)采集技術(shù)，目前還很少見到有國內(nèi)研制開發(fā)的成熟產(chǎn)品及其在汽車、模具等行業(yè)成功應(yīng)用的公開報道。為促進(jìn)對光學(xué)掃描點云數(shù)據(jù)采集及處理技術(shù)的研究與開發(fā)，并提供對外技術(shù)服務(wù)，我校引進(jìn)了國外某公司生產(chǎn)的流動式光學(xué)掃描設(shè)備。在設(shè)備使用過程中，經(jīng)常因操作失誤、調(diào)整不當(dāng)?shù)仍蛟斐蓽y量誤差過大的問題。為了透徹消化國外引進(jìn)技術(shù)，筆者結(jié)合工作實踐對此進(jìn)行了研究和分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。
PB8U+ 4yxf/X) 2 測量誤差主要表現(xiàn)形式
PR7bu%Y*eD }/NL"0j+4 （1）采集數(shù)據(jù)缺失或數(shù)據(jù)密度達(dá)不到要求。用這種不完整的數(shù)據(jù)進(jìn)行點云擬合，誤差較大，難以達(dá)到要求的測量精度。
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r,D| （2）對同一表面的數(shù)據(jù)采集結(jié)果表現(xiàn)為多層點云。這種情況往往出現(xiàn)于被測對象為大型工件或工件為透明物體時。
Pa\yp?({q （3）單幅采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響整體測量精度。
\"K:<+RH （4）累積誤差過大，使測量結(jié)果出現(xiàn)明顯偏差。
uZ1G,9 （5）點云拼接錯誤，導(dǎo)致較大測量誤差。
B$97"$#u （6）測量結(jié)果中粗大點(噪音)數(shù)據(jù)過多。
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P]4u`& 3 誤差原因分析及提高精度的對策
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_ kafj?F 筆者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，通過測試分析，將產(chǎn)生較大測量誤差的主要原因歸納為：標(biāo)定不當(dāng)、標(biāo)尺使用不當(dāng)；測頭鏡頭組合選擇不當(dāng);測量順序不當(dāng)；測量策略選擇不當(dāng);工件表面標(biāo)志點安放不當(dāng)；測量過程中操作不當(dāng)；工件被測表面預(yù)處理不當(dāng)；后處理不當(dāng)；測量環(huán)境選擇不當(dāng)?shù)龋F(xiàn)分別分析如下：
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Xdf;'|HO （1）標(biāo)定不當(dāng)、標(biāo)尺使用不當(dāng)
5&U?\YNLa ve/|"R B 掃描測量頭（測頭）由光源、CCD攝像機(jī)及相應(yīng)的鏡頭組構(gòu)成。在進(jìn)行點云數(shù)據(jù)采集之前，首先需要對測頭進(jìn)行初始化，主要內(nèi)容包括：
a,*|*Cv g7LS ①根據(jù)被測對象的大小、表面特征的多少及其復(fù)雜程度選擇不同的鏡頭組合；
P.t7_v> P<xCg ②根據(jù)測量現(xiàn)場條件、被測對象的表面形態(tài)及表面處理情況確定主光源的光強(qiáng)；
\%;5$ovV 'F8:| g ③根據(jù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工作流程對所選定的鏡頭組合進(jìn)行標(biāo)定，使標(biāo)定精度值≤0.020；
iJ`v 3PP AUkePp78 如果測量之前未進(jìn)行上述工作，而是直接使用以前標(biāo)定的測頭進(jìn)行測量，則可能因鏡頭組合、光源光強(qiáng)、標(biāo)定精度不符合本次測量要求而無法保證測量精度，導(dǎo)致產(chǎn)生較大誤差。
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A,|lDsvM 在測量中，如果因操作失誤而使測頭受到?jīng)_擊、碰撞，應(yīng)及時對測頭進(jìn)行檢查，如已發(fā)生損壞，要進(jìn)行修理；如未發(fā)生損壞，也必須對測頭進(jìn)行重新標(biāo)定；即使測量中未發(fā)生任何操作失誤，但如果測量時間較長，也需定時對測頭進(jìn)行快速標(biāo)定，檢查測頭的精度狀況。
