（衢州职业技术学院 衢州 324000）
摘要：由于机械零件的结构往往有其特殊性和复杂性，采用单一的测量方法往往难以满足实际工程对测量精度的要求。本文深入研究了接触式和非接触式三维测量方法，分析了其优点和缺点，不同的测量方法和应用范围，并通过实验分析，结合两种测量方法的优缺点，提出CAD逆向建模方法，由于光学扫描具有盲区，提出基于特征点的数据对齐方法，根据这三点定位可以实现接触式和非接触式扫描数据的坐标系统，实现两种不同测量方法之间的数据的准确配准，输出高精度CAD模型。
关键词：多传感器；数据集成与融合；逆向建模
1、引言
逆向工程是相对于正向工程而言的，就是根据已有的产品实物、样件或原型，生成产品的三维数字化模型，然后在数字模型的基础上进行生产加工或者二次开发，实现创新。为获取精确的轮廓数据，必须对产品轮廓尺寸进行测量，其中基于接触式测量具有精度高、适应性强的特点，但是是速度慢、效率低。而基于光学的非接触式测量方法虽然具有速度快、效率高的优点，但是易受到外界干扰等，导致测量数据缺失。由此可知，两种传感器的优点和缺点存在一种互补关系，反之亦反。因此，本文需要对测量系统进行标定、数据融合、对齐等关键技术进行深入研究，并通过构建实现复杂曲面零件测量的多传感器测量系统，集成两种测量方法优点，实现复杂表面特征的高精度测量。因此，基于多传感器数据融合的CAD逆向建模技术恰好能够提供一个新产品创新设计平台。
2、多传感器数据融合
目标识别层也称属性层的信息融合有三种方法：决策级融合、特征级融合、数据级融合。
4、多传感器数据逆向建模
在实际应用中，一些零件表面比较复杂，零件表面存在一些非接触式方法无法测量的盲区，比如深孔等，由于孔太深，激光等无法照射到，始终存在扫描盲区，因此不能获得盲区的数据。为解决此类问题，同时采用接触接触式及非接触式测量方法，利用彼此的优点，使用三坐标测量机测量深孔，其它表面用光学扫描系统进行扫描，然后利用特征对齐三坐标测量的数据和光学扫描的数据，获得零件的全部三维数据，然后在CATIA V5中进行逆向建模。针对传统的对单-N量数据的逆向建模，该种方法不仅提高了数字化效率，同时保证了局部的精度要求。
4.1特征对齐原理
采用不同的数据收集方法来获得不在同一坐标系下的两组数据，因此要找到一种方法，将两组数据对齐到同一坐标系下，选择公共参考几何体，基于激光扫描和三坐标测量同时被测量3点，根据3点建立一个空间坐标系和两种不同的扫描方法都有自己的坐标系统的建立，所以两坐标系统是一样的，然后通过坐标平移和旋转可以统一到同一坐标系中。
4.2 数据对齐
假设外部校准已经完成，主要考虑内部校准。在许多外部的对准方法，通过迭代最近点法（ICP）或其它改进方法是一种常见的选择，因为它不需要知道精确的几何特征和不需要校准和外部数据对应不同的传感器数据。然而，基于离散点云对齐方法的对准结果容易受到传感器数据的数量和传感器数据的噪声水平的影响。
（a）三维扫描 （b）三角网格化 （c）数据对齐 （d）曲面融合
图5 基于多传感器的CAD逆向建模
4.3逆向建模
首先输入由扫描实物或实体模型的点云数据，CATIA V5可以接受多种格式的点云数据(如ASII、STL、IGS、IGES等格式)，点云数据的输入可以以读取文件的形式读入，也可以在专门的逆向模块DSE模块中由Import命令导入，读取扫描点云数据的预处理，包括过滤数据，减少点云，空修复，对齐，合并等等，然后生成3D线框曲线，接着再用CMM机进行表面采点，并将采集到的点以及由点生成的曲线分别对重建的曲面分别进行点变形和线变形，最后在进行比较融合。
5、结束语
由于零件表面往往有其特殊性和复杂性，单纯采用单一测量方法，测量的精度往往难以满足工程实际。多传感器集成测量系统基于接触式测量精度明显高于这一特点的非接触式测量，分别采用了点变形以及曲线变形两种方法实现了曲面的变形，实现了数据融合的目标，提高模型重建的精度；提出了基于特征的数据对齐，根据三点定位可以实现接触式和非接触式扫描数据的坐标系统，实现了两种不同的方法之间的数据融合，最后到CAD建模。
参考文献
[1]曹江林. 基于多传感器测量的CAD逆向建模技术研究[D]. 广东工业大学, 2014.
基金项目
衢州市指导性科技计划项目(2018017)。
论文作者:周建锋,刘文军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/26
标签：数据论文; 测量论文; 建模论文; 传感器论文; 两种论文; 方法论文; 测量方法论文; 《电力设备》2018年第29期论文;