（检测技术与自动化装置专业论文）激光扫描测量技术在自由曲面快速反求工程中的应用研究.pdf

沈日li ：业人学硕十学位论文 摘要 自由曲面快速反求是机械设计与制造领域的集中技术，主要由自由曲面快速测量 技术、三维测量数据的c a d 模型重构技术，以及三维原型的制造技术组成。快速测量 技术是其中的关键环节，也是后续工作的基础。本文对激光线扫描测量技术进行了理 论研究和模型设计，并完成了实验工作。 采用基于视觉的光切法测量原理，构成一套完整的测量平台，包括软硬件各个部 分的设计。主要研究了摄像机针孔模型的建立及测量传感器的标定：图像的快速高精度 的采集和处理，在图像处理中采用多帧平均算法，很好地解决了速度和精度之间的矛盾 制约；根据旋动理论建立空间坐标变换数学模型，进而建立其不同视角下的测量数据融 合算法，生成完整的物体三维数据集合；在v c 平台下编写三维显示软件模块，完成三 维测量结果的可视化，实现了三维物体的任意角度的观察、任意倍数的放大和缩小、任 意方向平移及动画效果。 通过实际测量结果的分析表明，测量数据正确反映了被测物体的三维外形，系统 性能稳定，结果可靠，完成了预定的研究目标。对国内在三维测量的探索方面具有一定 学术价值和现实意义。 关键词：反求工程、l i 山曲面、激光扫描 沈i ) l k 人学硕十学1 1 i 7 ：论文 r e s e a r c ho n a p p l yi nf r e e l a s e r s c a n n i n g m e a s u r e m e n tt e c h n o l o g y f o r ms u r f a c eo f r a p i dr e v e r s ee n g i n e e r i n g a b s t r a c t r a p i d r e v e r s ee n g i n e e r i n gf o rf r e e - f o r ms u r f a c ei sa ni m p o r t a n tb r a n c ho f m e c h a n i c a l d e s i g n e dm a n u f a c t u r i n g i tc o n s i s t so f r a p i dm e a s t i f e m e m g e o m e 蕊cr e c o n s t r u c t i o n 挪mr a p i d p r o t o t y p i n g t h er a p i dm e a s u r e m e n t i sak e yt e c l m i q u e ，i ta l s oi n f l u e n c et h eo t h e rt w os e c t i o n s a i li n t e g r a t e dm e a s u r e m e n tp l a t f o r mi ss e tu p , a s s u m i n gt i g h t - c u tm e a s u r i n gt h e o r yb a s e d o nc o m p u t e rv i s i o n ，i n c l u d i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep a r t sd e s i g n t h em a i nt a s ko f t h i sp a p e r c o n c e n t r a t e so ns u c hp a r t sa sc a l i b r a t i o no f m e a s u r e m e n ts e n s o r , h i g hs p e e da n da c c u r a c y i m a g e c o l l e c t i o na n d p r o c e s s i n g , d a t af u s i o no f d i f f e r e n ta n g l eo f v i e w ，v i s u a l i z a t i o no f m e a s u r i n gr e s u l t s t oa c c o m p l i s hs e n s o rc a l i b r a t i o n ，ap i n h o l em o d e lo f t h ec a m e r ai se m p l o y e d a n da ne q u a t i o no f al i g h tp l a n ei ss e e p p a r a m e t e r ss u c h 笛t h ema r r a yo f t h ep i n h o l em o d e l a n dt h en o r m a lv e c t o ro f t h el i g h tp l a n ea l ea c q u i r e dt h r o u g he x p e r i m e n t i ni m a g ep r o c e s s i n g , w ea d o p tt h et e m p l a t e - c h a n g i n gp a r a l l e lt h i n n i n gm e t h o dt oi m p r o v ep r o c e s s i n gs p e e da n d a c c u r a c y b a s e do ns c r e wt h e o r y , t h et r a n s f o r m a t i o na r r a yb e t w e e nt w o c o o r d i n a t i o ns y s t e m si s c a l c u l a t e dt od e a lw i t ht h ed a t af u s i o n a n do nv c + + p l a t f o r m u t i l i z i n go p e n g l3 - i ) g r a p 姒c l i b r a r y , t h e3 - dd i s p l a y i n gm o d u l ei sw r i t t e nt ov i s u a l i z em e a s u r i n gr e s u l t u n d e rt h i ss o f t w a r e m o d u l e , t h eo n e c tc a nb er o t a t e da ta n ya n g l e , z o o m e da ta n ys c a l e ，a n dt r a n s l a t e da ta n y d i r e c t i o n a n a l y s i so nt h er e s u l td a t as h o w s h a tt h em e a s l l r e m e ms y s t e ma c h i e v e sar a t h e rh i 曲s p e e d a n da c c u r a c yw i t hs t r o n gs t a b i l i t y , t e a c h e st h ee x p e c t e dt a r g e t i tw i l lp r o m o t et h ed e v e l o p m e n t o f 3 一dm e a s u m m e n ti no u rc o u n t r yw i t hc e n m nt e c h n i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：r e v e r s ee n g i n e e r i n g f r e e - f o r ms u r f a c e l a s e r - s c a n n i n g 。2 一 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：圈墓缎日期：缨垒! ! 18 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：璺整锢婶师签名：丝日期：丝! 篁兰亟盘日 沈i 业人学硕十学能论文 1 绪论 1 1 选题意义 “反求工程”这术语馘生于6 0t f 代，但对这一概念从工程的广泛性去研究，从反 求的科学性去深化还是九十年代巧4 开始。所谓反求工程即是消化和吸收先进技术的一系 列忑搀方法豹技术缝合，是一门跨学科，跨专业兹综合性工程。它以先进产撼实物， 软件( 图片、照片、工序、技术文件等) 作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产 王程学、零季辩学窝露关专效辩谈等滋簿系统深入建分辑耪臻究，探索攀握其关键技本， 进而开发出更优秀的同类产品。反求工程属于逆向思维体系，以没计方法学为指导，以 现代设计璃论、方法、技术为基穑，运用各种专业入员的工稔设计经验、知谈、和翻造 性思维，对已有的产品进j 予解剖、深化和再创造，是对已有设计的设计。据有关统计资 料寝明，当今世界备国百分之七十以上的技术都是来自国外，掌握和消化这憋技术，难 豢熬途径是采用反求工程技术。 三维零件自由曲面的反求工程是反求工程在机械设计与成用领域中的一个重要任 务。复杂藏线簦蟊，一般稼为叁盘趣线鍪霞，撵豹怒形状毙鞍复杂，不麓爱二次方程袋 描述的曲线曲面。谯工业产品的设计与制造中，常常会遇到诸如雕塑范术品的复制( 如 人燕) 、人体及人体骨骼( 细牙模、关节模) 的复制以及对一个已有静工监产晶造螫送 行仿制，或仿制出个与其捆同或棚似的产黯。根据已有产品进行反求设计称为实物反 求设计，其实质是从实物模型的三缎表面钡i 蹩到该实物o d 模型建立的全过程。目前 大家一致公认铁鑫出麴囊落耀测量到其c a d 模型豹建立是爨出曲西实物反求工程豹基 础。一旦有了c a d 模型，就可以对进行公差分析、整体特征分柝、安装和装配分 褥、有聚元分褥、黻笈获攘麓盔接裂套配翻二l = 绞激必快速残蘩涮造等等系裂瓣搡络。 当今l i _ ! = 界市场竞争十分激烈，产品设计和丌发能力、产。锚_ 丁| ：发和制造周期是企业竞 争能力强弱的集中体现，：娩：l ：程师翻掰自由蓝面的反求工程可以大大缩短产品设 稻 制造的周期。在美蹦、ii 术、加拿火、欧洲等发达工业国，翻 j l 曲面反求工穆的应用已 ”始在航空、汽乍、制托叫k 等! j ! 城f t 普遍采用i ，在产铺设汁过程中配合激光快速成挺 4 沈i ：业人学硕：l 学能论文 制造或c n c 加工先进的制造技术已显示出了独特功效。我们在调研中了解到国内许 多企、韭对自由曲面反求：l ：稳技术酌需求毽嚣益追讶，铡翔，陕西彩蛙集团森偏转线 圈隔离器的优化设计时，为缩短设列4 周期，需要采用反求工程技术，但由于只有国 外的产品样件而无圈纸资料，若采j | j 传统的方法去反求设计嗣嚅要反复制模和修 改，这撵费用裹、翅期长，因此对快速反戏工程按零的要求- | - 分强烈。另强，在默嚣 鼓风机厂大转子的流道设计和西安发动机公司在发电机叶片的设计过程中，也都存在同 棒阏蘧。陕蕹霰袋臻l 俸c 心在簇袋豹涮箨中魄要求霞羯爱求王程技零渡惩决缓黢翻 睾中 接受腔的取型及修改问题。综上所述，自出曲面反求技术的研究与开发对促进产品设计 与希l 造羧术的进步懿有重要懑义。 l 。2 逆向工程的概念 逆向工程( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ) 主要有实物逆向工程、软件逆向工程和影像逆向 王释三令方嚣【l 】【2 】【3 】。本曳：溪豢的逆翅工程廷援实物逆逡工程，帮袋摇已存在熬零移 或实物原型来构造产品模型的过程。逆向工程的设计过程与传统的设计过程是完全不同 ( a ) 传统设计过程 5 。 燕 最终产黼 沈l ：业人学顶十学位论文 的。传统的设计过程是在市场调研的基础之上，根据功能和用途来设计产品，得到图纸 或c a d 模型，经检查满意后制造出产品来。而逆向工程是从某一存在的零件或产品原 型入手【2 0 ，首先对其进行数字化处理( 即将整个零件用一个庞大的三维点的数据集合 来表示) ，然后是构造c a d 模型。c a d 模型经检查满意后，直接利用快速成型技术或 数据加工技术制造出最终产品或产品原型。根据需要还可输出i 虱纸。二者的比较可 用如图1 1 所示。 简单说来，传统设计和制造是从图纸到零件( 产品) ；而逆向工程的设计是从零件 ( 或原型) 到图纸，再经过制造过程到零件( 产品) 。这就是逆向工程的含义。 逆向工程的关键技术 逆向工程的一般步骤如图1 七所示，对于一个已存在的三维实体模型，其逆向工程 三维实体 曲血模州 图l 一2 逆向一r 狸的一般步骤 大致可分为三个阶段：首先对该三维实体进行数据 采集( 零件数字化) 生成数据“点云”；然后对数 据“点云”进行滤波去除噪声的数据处理，去除 “点云”数据中的干扰点：最后通过曲面构造技术 对“点云”数据进行曲面拟合，生成三维曲面模 型。 当前，有多种测量方法可应用于逆向工程中， 其中基于视觉的方法是近年来发展起来的一种方法 4 。该方法综合运用计算机视觉、计算机图形 学、图像处理与模式识别、坐标变换等多方面的技术，快速地构建出被测实物的三维外 形。在基于视觉的测量方法中，一般采用摄像机( c c d ) 来模拟人类的眼睛，这就是“视 觉”一词的山来。采用单个摄像机称为“单目视觉”；两个摄像机称为“双目视觉”； 三个或三个以上的摄像机称为“多e i 视觉”。 “双目视觉”和“多目视觉”又可称为 “立体视觉”。“单日视觉”方法的测量裟鼢与使用的算法都较为简单，而“多目视 觉”方法中要考虑度多个摄像机所采集i f , j i l l 像问的匹配问题，i ：且对图像处理和特征识 别提出了很高的要求，而算法较为复杂，在实际操作中尚有 h 多问题。本文采用“单 e i 视觉”法，州j l 采川个搬像机。 一6 沈t ：业人学硕十学位论文 在基于视觉的测量方法中，为了要得到被测实物的整体三维概貌，往往需要从多 个视角对物体进行测量。在每一个视角所测量的数据称为单视点“点云”数据。这就需 要将多个视点的“点云”数据转换到同一个坐标系下进行表示，即是多视点“点云”数 据的融合问题。 由上述可知，对于一个已经存在的三维实体，经过图像采集和处理，生成单视点 “点云”数据；通过多视角测量数据的融合将各个视点的“点云”数据转换到同一个坐 标系下，形成完整的曲面“点云”数据；利用曲面拟合技术对“点云”数据进行拟合， 形成三维曲面模型；最后在曲面模型生成后，可能还要对其进行处理和分析。由此可 见，基于视觉的自由曲面逆向工程主要又以下几项关键技术：自由曲面的数字化技术、 多视点测量数据的融合技术，自由曲面的拟合技术与处理技术。 本文主要研究自由曲面的数字化和多视点数据融合两方面的内容。 1 3 自由曲面反求技术的研究概况 自由曲面反求工程技术是机械产品反求工程中的重要分支技术，其主要f l j - - 方面内 容构成：自由曲面测量技术，三维测量数据c a d 模型重构技术以及三维原型制造技 术。 在自由曲面的扫描测量技术中，目前广泛使用且可靠的方法是坐标测量机 ( c m m ) 。传统的坐标测量机多采用触发式测量头，每一次获取自由曲面上的一点的 x ，y z 坐标。这种测量速度很慢，也难测到较全面的曲面信息。九十年代初，英国 n s i s h a w 公司和意大利d e a 公司等著名的的坐标测量机制造商先后研制出了三维 力一位移传感器的扫描测量头，该测量头可以在工件上进行滑动测量，连续获取表面的 坐标信息，其扫描速度最高可达8 m m i n ，数字化速度最高可达5 0 0 点，秒，精度也可达 3 0 u m ，由于这种扫描测量头价格昂贵所以目前还没有在坐标测量机上广泛的使用。这 种扫描测量头的固有的缺陷在于它的扫描数字化速度受到机械耻制，而且对不可触及的 表面( 如软表面等) 是无法测量的近年来，特别是光学三维面型测量方法的研究e t 益受 到人们的重视，已成为快速反求工程技术中的主要方法。这些方法的回顾如下： 7 沈i ：业人学硕十学位论文 1 3 1 三角法 三角法是光学三维面型测量中，历史最悠久，实际应用中最常见的一种方法。它 又分为单光点、单光条和多光条方法。 l - 3 1 1 单光点 它的基本原理是光束以一定角度投射到被测物体上，在另个方向上用传感器 ( 如c c d 摄像头等) 接受散射到散射光，利用三角几何关系来计算被测目标的深度 信息。这种单光点的三角法已被广泛研究。出于这一种方法一次只能获得一点的信 息，使用中一般是采用整个的测量机械地运动或用同步扫描镜来获取整个物体上多点 的三维坐标，其三维坐标数据的采集过程类似于接触测量中的扫描测量头。它的机构 简单、体积小、易于实现较高的测量精度，但在测量速度上仍显不足，目前这种测头 一般是安装造坐标测量机上，它的测量分辨率最高可达0 0 0 5 m m 。 1 3 1 2 单光条 为了提高测量的速度，线光源投射的方法也被广泛地采用，这种线光条是结构光 测量法中最简单的一种，也称为光刀法。早在七十年代中期p o p p l e s t o n e 和a g i n 等人就首先提出了使用线光条提取三维信息。八十年代初，用激光作光源，并采用摄 像机摄取结构光条的三维测量方法已被采用：八十年代末至九十年代初，一种基于线 结构光的三维型面测量技术f i 趋成熟，出现了一些实用产品。例如：美国3 d 扫描公 司的r e p l i c a 反求工程系统就是采用结构光的方法获取物体表面的三维型面信息， 并可将其转成三维d x f 文件格式，它的测量精度可达5 0 u m 。法国k r e o n i n d u s t r i e 公司的l a s t e rs e n s o rk l 系列测头与其3 dv i d e o l a s e r 软件组 成的三维激光扫描测量系统，其测量精度可达1 0 - - 3 0 u m 。我国学者近年来对线光条 方法也进行了大量理论与应用研究。这种线结构光的测量方法具有单光点三角测量法 的所有优点，而且还能实现高密度、高精度的表面面型测量，足目前较为实用可靠的 - - * , t ；- - t t h l ! 接触测量的方法。它也是目前自由曲面反求工程技术中三维面型信息快速 获取的主要方法。这利t 线光条三维川i 而测量的研究已有不少新成果出现，这些新成 果主要体现在精度和逃j 业的提高方法【：。其研究内容主要集c 吖i ! 光条的产生与提取， 以及系统| 勺物、像坐十，j i 卡，j ；定等万i f | o 一8 一 沈阶i ：业人学硕十学位论文 在光条的产生方面，一般要求实现大景深，形成薄刀片。，f 1 本学者采用在凸透镜前 加一个半导体激光器阵列形成光扫描，进而得到光刀，其特点是扫描具有一致性、速度 快但对光学器件及光电器件要求高。另外德国学者利用激光束通过一展像镜产生衍射， 从而获得很大景深的光笔，再经过多棱镜高速旋转扫描反射获得光刀，这种光刀的特点 是景深大，光条窄，但光学器件复杂、要求高。国内学者有采用激光束在棱镜边上产生 衍射而形成光刀的方法，这种光刀也具有景深较大，光条较窄的特点；也有采用对激光 束进行扩束聚焦投射到振镜上，扫拙形成光刀，其特点是光刀的长短和位置容易控制， 比较灵活，但景深和光条宽度不理想，因有机械偏振，其使用寿命也较短。 在光条的提取方面，为了提高精度，主要是提取高斯分布重心位置，并多采用亚象 素的方法。这些方法有极值法、阈值法、重心法、以及傅立叶变化法等，极值法就是找 出光刀上最亮( 灰度值最大) 的一点，若用插值法也可得到亚象素级的精度，但极值只 有分布完全对称对才完全与重心位置重合，因而该方法只能近似提取重心。阂值法就是 在光条图像中用二值化的方法得到光条位置，这种方法最为简单，但精度比较差。重心 法是比较合理的方法，但它的缺点是只在光条有一定宽度时数据提取才有效，但宽光条 又会影响测量精度。近年来提出的傅立叶变换的方法实际上是对重心法的改进，它比重 心法具有更强的抗噪声二f 扰能力，但不足之处也是光条必须具有一定宽度。 在标定方面，目前主要有参数标定法。该方法的优点是建立了物、像坐标对应的 形式数学模型，易于理解，而且用标定出的几个参数就可以代表整个系统的三角几何 关系。该方法存在一定的缺陷，即其本身具有一定的原理误差，虽然这方面的文献已 经给出了包括像差在内的一些修正项的表达公式，但由于物象对应的复杂性，这些公 式在推导时进行了一定的假设，所以参数标定法只是物、像标定法的一各近似表达 式，由于参数误差的存在，很难做的高精度标定。 1 3 1 3 多光条 单光条结构光棚类似，多光条结构光测量方法也是为了提高测量速度，多光条结构 光测量方法足全场测量的方法，它一次可得到整个被测物体上的三维面型信息，当光栅 投影到物体表i f i i 一寸，删j l l j 性光栅的相位就受到物体表面高度轮廓的调制，形成变形 光栅，变形光栅m 然足：维蚓像，l 携带订三维信息，这种三维信息的提取方法也就引 9 沈| ：；f if ：业人学硕十学位论文 出了多种调制方法：基于三角几何关系的直接计算法、莫尔拓扑法、傅立叶变化轮廓 法、相位步进解调法、综合法。又有人提出了采用计算机产生虚拟接收光栅的解调方 法。多光条的结构光测量方法具有比单光点扫描法或结构光更高的测量速度，但其设备 结构比前两种复杂得多，而且三维信息的提取也要复杂的多。这种方法多用于对小物体 的一次性测量，它的分辨率可达o o l m m 。 1 3 2 图像法 这种方法是基于图像的三维获取，它是利用图像的大小、明暗、纹理等信息或用立 体视觉法求出三维信息，主要有如下两种： 1 3 2 1 聚焦法 聚焦法是通过相距的调节，使聚焦正确，也就是使物体轮廓的图像锐利，由此可以 得到物距的调节，使聚焦正确，也就是使物体轮廓的图像锐利，由此可以得到物距，这 就是从聚焦得到距离估计的原理。所谓正确的聚焦是指由聚焦的锐利性测度来度量的， 使物体轮廓图像达到锐利的过程。其优点是从聚焦得到的距离估计不需要预先的图像分 割，它的局限性是对灰度平坦的区域测距精度不高。另外聚焦法也和单点的三角法同属 单光点测量，因而也需要通过坐标测量机或数控铣床移动来实现机械运动式扫描，这种 测量方法一般可达较高的测量精度，分辨率一般可达1 1 0 哪，但测量速度较慢，其多 应用于测量精度要求较高，对测量点密度要求不大的场合。 1 3 2 2 立体视觉法 这种方法类似于人限看物体的方法。如果只采用单摄像机一般只可用于对平面零 件的检测。绝大多数情况下是采用两个摄像机摄取两幅图像，从而通过两幅图像找出对 应点，通过这些特征点匹配，得到物体表面某些位置上的点与1 1 j 机光学中心之阳j 的距 离。为了得到比较稠密的表面点的距离数据从而得到距离图像，需要用内插法，为了弥 补西个摄像机的不足，一些系统还采j i l 了三个摄像机，甚至四个摄像机的测量系统。这 利立体视觉的力法一般t 况下 t j 度_ 4 i 岛，分辨率一般是毫米数量级。但该方法具有快速 的信息获取能力，町实现动态的测量。因而这利方法一般用于机器人视觉和物体特征识 i j i j 方研。田) i 这种力洲i 一般才i 川作反求：1 _ 挫pc a d 数据荻取的测量系统。 j o 沈ib j k 人学硕士学位论文 1 3 3 其它方法 其它方法主要是指近年来发展起来的断层扫描的方法，包括超声波数字化方 法、c t ( c o m p u t e rt o m o g r a p h y ) 法、m r i ( m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ) 法及 c g i ( e a p t u r eg e o m e t r i c a li n s i d e ) 的逐层照相测量法。这些方法的一个共性就是可以得 到复杂物体的内外表面信息，不受物体形状的影响，是很有发展前途的反求测量技 术。 1 3 3 1 超声波测量法 采用超声波的数字化方法，其原理是当超声波脉冲到达被测物体是，在被测物体的 两种介质交界表面会发生回波反射，通过测量回波反射与零点脉冲的时问间隔，即可以 计算出各面到零点的距离。这种方法相对于c t 或m r i 而言其设备简单，成本较低，但 测量速度较慢，f 1 钡z l 最精度受物体材料及表面特性的影响，精度也比较低。该法主要用 于无损探伤及厚度检测，但由于超声波在高频下具有很好的方向性，即束射性，它在三 维扫面测量中的应用前景正在r 益受到重视 1 3 3 2c i & m r i 测量法 计算机断层扫描( c 技术最具代表的是基于x 射线的c t 扫描机，它是以测量物 体对x 射线的衰减系数为基础，用数学方法经过电子计算机处理而重建断层图像，这 利，方法最早足应j 1 j 于医疗领域，目i m 已经开始用于工业领域( 所谓“工业c t ”) ，特别针 对中空物体的无损三维测量。这种方法是目前最先进的非接触式的检测方法，它可对物 体的内部形状、壁厚，尤其是内部构造进行测量，但它存在空间分辨率较低，获得数据 需要较长的积分时间，重建图像计算量大，造价高等缺点。这利一方法目前最高精度可达 o 0 1 m n l 。 核磁共振( m r i ) 技术的理论基础是核物理学的磁共振理论，其基本原理是用磁场来 标定人体某层面的空m 位臀，然后j 口射频脉冲序列照射，当被激发的核在驰豫过程中自 动恢复到静念场的平衡念l 时，把吸收的能量发射出来，然后利刚线圈来检测这种信号， 山于这种技术具行深入物质内部且不破坏样品的优点，对生物体没有损害，在医疗领域 可有广泛应川。这利方法| 0 - - i i 足之处足造价高，且日自口对非生物组织材料不适用。 沈i ：业人学硕一l 学1 _ 7 ：论文 1 3 3 3逐层照相测量法 逐层照相测量法( c g i 法) 是一种直接从样件到模型的方法，它是近年在美国首先 研制出的一种实用可靠的反求测量技术，可对任意复杂零件内外表面进行一次测量，其 工作过程是将工件内外进行实体填充( 要求填料的颜色与工件的颜色对比度大以便于图 像的识别与提取) ，然后用高速铣削的加工方法进行逐层铣削，期间采用视觉照相的方 法逐层提取每个截面的轮廓信息，然后利用这些轮廓信息构造出样件的几何模型。由于 该测量方法的操作规程特点使得其被看成是快速成型制造技术( r e 技术) 的“逆过 程”，样件测量与仿制。试的快速成型可以同时进行，因此这种方法很有发展前途。当然 这种方法最大的特点是其属于破坏性测量。 1 4 综述 前所述及的是自由曲面反求工程中的主要技术概况。通过学习、总结、对比已有的 技术，本文认为，国外的实用快速反求测量系统中的测量技术一般采用的是三角法中的 线扫描测量( 形象地称为光刀法) 。因为该方法地精度高于光栅全场测量法，而且测量 速度远高于三坐标测量机，所以本文的研究也集中在线扫描结构光测量法。目前该方法 存在的问题是摄像机的标定、图像遮挡问题、再次是如何减少测量获得的“点云”的数 据冗余和噪声，如何进行曲面特征点提取等数据处理