扫瞄资料前处理简介

扫瞄资料前处理简介

量测的校正与技巧在扫瞄量测中，常因为量测设备的限制、工件尺寸过大、某些特殊的角度量测不到、物体造型复杂，无法获得完整的量测资料，而需将物区分为数个区域，分别量测后，再经过点资料复合的程序，将多组量测资料合而为一。在不同次量测时，两组量测资料的系统往往无法设为一致，导致于资料无法整合。因此，在量测时，必须提供坐标转换的基准，之后再进行坐标转换，将一组资料之坐标系统转换成另一组资料之坐标系统，使各次量测的资料可结合于一起，此项技术称坐标重整。文献中提出三球对三球的坐标校正方法，运用坐标转换的原理，由三个球的量测资料决定坐标转换关系，再将两组量测资料的坐标系统转为一致。三球对三球法使用三个基准球为坐标转换的依据，量测物件需黏贴三个基准球，并与各次量测同时量测。图1三球对三球坐标系统重整为三球对三球坐标系统复合法的原理，由各个基准的量测资料求得球心位置，共有三个球心，用以建立一区域坐标系统。再组合量测资料共享三个标球，因此，各区域性坐标系统都是建立在该物件相同的地方。经由坐标转换将其中一坐标系统转换成另一坐标系统，可将两组资料坐标结合为一。点资料之处理近年来逆向工程在模具设计制造的应用上，受到广泛的重视雷射扫瞄技术在量测上加速点资料的撷取量测所得的点资料的增多曲面误差较小由于扫瞄所得的点群资料相当庞大CAD的系统受到计算机存储器的限制扫瞄时资料点受到外在影响而伴随噪声因素往往造成处理上的困难在逆向工程的点资料量测过程中，常因各种因素而造成点资料不完美原因：1.工件表面粗糙度影响。2.加工不恰当，工件表面的波浪形状或局部凹凸。3.量测系统本身有不可抗拒的限制。如:探针的感测不够灵敏，不能作球半径补正。4.工件表面形状变化太过剧烈。造成点资料的不完美情形，包括：1.点资料不正常振荡与跳动。2.局部区域会因点资料缺乏而跳点。3.不适当的凸起与凹陷。不同的点资料结构必将承袭对应量测系统的特性及优点，面对不同的点资料结果，处理方式也将不同。资料的前置处理

资料的前置处理，是将雷射扫瞄量测得的点资料予以重整，使得资料点的排列更为正确利用曲率分析的方法来从事特征曲线的萃取，执行自动等寻边的任务，以将资料点依工件几何形状分隔成不同区域，并将分隔的区域以NURB曲面重新建立。量测资料的前置处理可分为两个部分：一般点资料前置处理及特征曲线的萃取点资料前置处理主要有:点资料乱点排序点重组重新取点点资料的分隔方向重组乱点滤除平滑化可将扫描过程中所产生的乱点或噪声予以抑除，得到一较正确且易处理的资料点，以利于曲面系统的重建工作

特征曲线的萃取特征曲线的萃取对于雷射扫描点资料的边界分隔则是非常重要，由于雷射扫瞄系统是采平行扫描的方式，因此点资料并不能依照工件的几何形状分布，必须经由特征曲线的萃取以辅助扫瞄点资料的重新分布。扫瞄质量之好坏直接影响加工刀路之优劣理论上来说，良好之扫瞄资料，可以缩短后续资料处理的时间，甚至无需编修

从实际上来看，越是高质量的扫瞄资料，其所花费的扫瞄时间及扫瞄成本也就越高。

图2扫瞄资料变形一般不良的扫瞄资料有下列几种情况：1.扫瞄资料变形如图2所示。2.圆角之弧线变成直线，会造成成品过切现象，此种现象通常是扫瞄机参数设定不良，与扫瞄机本身质量也有关系。此种状况难以资料编修处理，通常必须重扫。3.扫瞄线深浅差如图3所示。4.此现象通常发生在往复式扫瞄。若有此种问题发生，在与扫瞄向平行之陡坡处造成的问题会比在其它平滑区更严重。若不加处理，直接以该资料产生刀路，会造成成品在该区域有皱摺现象。若浅差情形轻微，可以资料编修功能处理，深浅差严重时，必须重扫。图3扫瞄线深浅差5.扫瞄资料偏离如图4所示。6.通常发生在陡降面底部，扫瞄量测探头往下降时扫瞄资料会远离模型面。若是单向式扫瞄，会造成资料于陡降面底部失真，若是往复式扫瞄，会造成成品在陡坡底部局部有凹凸皱摺现象。此为扫瞄速度过高造成，须降低扫瞄速度重扫。图4扫瞄资料偏离7.扫瞄线抖动偏移如图5所示。8.如果抖动仍在原模面上，可利用资料编修功能处理。但如果偏离原模型面，但情形轻微者，则也可利用资料编修功能处理。若严重时，则须重新扫瞄。图5扫瞄资料抖动9.噪声众多－＞这是最易察觉的不良现象，处理一般也不难，噪声一定要消除，若不处理，就算是噪声只有一点，由于刀路产生时不过切之原则，会将区域放大，造成成品表面严重变形。雷射扫瞄点资料的处理

由于雷射扫瞄量测是采非接触式激光束来做为量测的界面，因此往往因为量测的界面，及量测工作的反光性、空气中的微尘甚至量测机器本身的振动而影响量测的精度，因此在量测点群中含入大量的噪声使得资料点有所误差或者散失，为了解决在雷射扫瞄在量测时可能发生的问题以下的方法将雷射扫瞄所得到的资料点重新编辑以得到更正确的点资料以利于曲面的建立提升CAD模型的精确度：扫瞄点资料的重整

由于雷射光扫瞄时易受物体表面反光的影响而造成资料的散失，为此我们必须将点资料重新调整分配以达到较均匀分布的点资料使得在从事曲面重建的时候，能够得到较好的曲面。如图6所示，一般我们可利用内插法在t0，t1或t2，t3等间距较大的相邻两点之间将资料做内插，然而此种作法若相隔之资料点距离过大，资料点将无均匀分配，所重建的曲线也可能有所失真，因此我们改采插补法将点资料重新排列如图6所示，使资料点均匀的分配在这个曲线上。图6内插点资料图7插补后资料重新排列2.资料点取点资料点编辑是当使用者发现所扫瞄的点资料密度过高时，可以将资料点予以减少以加速资料处理的速度，相反的，亦可取资料点的数目来补足资料点不足的现象。资料点重新取点的方法一般来说有以下几种：(1)平均取点法将资料点依固定间隔重新取样。(2)倍率法将所有资料点数除上一个因子，以借以达到减少资料点的目的。(3)间距法此方法是让使用者指定一个容许值，如果相邻两点间的距离大于容许值，资料点予以保留，否则予以去除。(4)弦线偏差法此方法是利用两个参数值：最大偏差量及最大距离来决定资料点的保留与否。(5)插补法此法是利用插补法来重新取样，假设我们所须重排的点数为n个，我们可以任意增加或减少点数来决定我们所须要重新取样的点数，但增加或减少点数有可能会造成失真的现象。3.资料点平滑化

对雷射扫瞄因领域而言，由于所量测到点的精度并不是非常的高，尤其在量测特殊的几何形状如凹面、或是易反光的工件时，资料点的噪声较大，资料点的平滑化将有助于噪声的去除。平滑化的方法一般而言有三种：

(1)中值法(2)平均法(3)高斯法(1)中值法将相邻的三个点取平均值来取代原资料点。假设相邻的两点分别为x0、x2、x3，以中值法来做平滑化得到新点x1’=(x0+1x+x2)/3)，如图2-13所示，其中虚线代表原工件的曲面，黑点代表雷射扫描所得到的点，直线代表平滑化后的曲面，方点代表平滑化后的曲面。图2-13中值法(2)平均法平均法的原理是将相邻的三个点取重心来取代原资料点。假设相邻的三点分别为x0、x1、X2，以平均法来做平滑化得到点x1，如图2-14所示，其中虚线代表原工件的曲面，黑点代表雷射扫描所得到的点，直线代表平滑化后的曲面，方点代表平滑化后的曲面。图2-14平均法(3)高斯法以高斯滤波器将高频的噪声滤除来达到平滑化的效果，然而资料点的平滑化将对于原始资料点更动，因而在某些特殊几何曲面改变处将会有失真的现象如图2-15所示，其中虚线代表原工件的曲面，黑点代表雷射扫描所得到的点，直线代表平滑化后的曲面，方点代表平滑化后的曲面。图2-15高斯法4.扫瞄点资料的分隔由于雷射扫瞄所得到的点资料量十分的庞大，因此通常我们会将其分隔成几个部分来进行处理，以节省处理资料点的时间。分隔时我们利用使用者界面，操作鼠标将所分隔的区域圈选出来所示，我们利用简单的判断式来做分隔的依据，当资料点达到满意的判断式时，即可将资料点分隔出来。5.扫瞄点资料的重组将分割成的区域依内边界的方向做资料重组以利曲面重建。首先我们将需要做方向重整的扫瞄点资料沿着所需重整的范围以鼠标选起来，通常是沿着工件的几何特征来做重组的区分，以所圈选的线条做此范围的边界，并逐一与扫瞄点群做交集将其与空间的交点：之后我们利用所交集的资料分以B-spline曲线予以拟合。再将所拟合曲线内资料点重建曲面。将所建立完成的曲面再与扫瞄点资料做一次交集，此时所交集后的点资料应依照曲面的方向予以重新组合。6.扫瞄点资料乱点滤除

由于雷射光扫瞄量测易受到空气中的灰尘影响而产生额外的乱点，而这些资料点并不属于量测工件本身，如果不予去除，在重