光學(xué)三維形體檢測(cè)及重構(gòu)研究.pdf

1、高精度數(shù)據(jù)的獲取是逆向工程成敗的關(guān)鍵,各種數(shù)字化設(shè)備的出現(xiàn)和實(shí)用化是推動(dòng)逆向工程不斷走向發(fā)展和成熟的動(dòng)力來(lái)源.目前,通過(guò)與CAD/CAM結(jié)合,光學(xué)三維檢測(cè)技術(shù)因其具有非接觸、無(wú)損、高精度、高效率等特性,在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域已取代接觸式測(cè)量成為逆向工程的數(shù)據(jù)獲取和最終產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的主要手段.本文工作依托上海市光科技專(zhuān)項(xiàng)課題"先進(jìn)制造中的光學(xué)三維傳感與重建系統(tǒng)研制",以光柵投射測(cè)量系統(tǒng)在逆向工程中的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)研究了條紋圖處理、曲面重構(gòu)和

2、逆向工程軟件設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù),希冀在該系統(tǒng)的實(shí)用化、商業(yè)化過(guò)程中不斷完善相關(guān)測(cè)量方法和逆向工程系統(tǒng).本文研究工作重點(diǎn)包括以下三個(gè)方面:1、基于小波分析的條紋圖位相求解技術(shù)研究相移法(Phase-shifting)和傅里葉變換法(Fourier Transform)是從條紋圖中提取位相分布的兩種常用技術(shù),但是這兩種方法都需要一個(gè)解包裹(Phase Unwrapping)的過(guò)程來(lái)恢復(fù)真實(shí)位相,這導(dǎo)致了許多問(wèn)題.其中傅里葉變換法的精度還受到邊緣

3、效應(yīng)和濾波器設(shè)計(jì)、選擇的影響.為消除這些局限性,結(jié)合光柵投射技術(shù)中的條紋圖位相分析,本文提出了基于小波分析的條紋圖位相求解算法,并以Matlab語(yǔ)言編寫(xiě)了相關(guān)程序.該算法利用連續(xù)小波變換系數(shù)的模極大值確定被測(cè)物面的位相梯度,通過(guò)積分得到位相分布,從而避開(kāi)了位相解包裹的相關(guān)問(wèn)題,削弱了邊緣效應(yīng)的影響又保持了單幅條紋圖處理的優(yōu)越性.模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的可行性和適用性.本文將該算法與常用的傅里葉變換法和相移技術(shù)做了比較,結(jié)果表明該算法優(yōu)于

4、傅里葉變換法.2、逆向工程中的曲面重建研究光柵投射測(cè)量技術(shù)具有全場(chǎng)、非接觸、無(wú)損、高精度、高效率等特性,可以有效地滿足逆向工程對(duì)高精度數(shù)據(jù)快速獲取和快速建模的要求.由于光柵投射測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是按截面方式分布的.據(jù)此,詳細(xì)研究分析了用Skinning方法將測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)重構(gòu)成NURBS曲面模型的三維建模技術(shù).Skinning算法具有原理簡(jiǎn)單、生成參數(shù)曲面速度快等優(yōu)點(diǎn).本文闡述了Skinning的插值型和逼近型兩類(lèi)算法的思想

5、,進(jìn)行了詳細(xì)的分析和比較,并以CH語(yǔ)言編制了相關(guān)算法程序,成功地實(shí)現(xiàn)了將實(shí)際測(cè)量得到的頭像點(diǎn)云重構(gòu)成NURBS曲面模型.3、逆向工程軟件設(shè)計(jì)從上海大學(xué)應(yīng)用光學(xué)與測(cè)量實(shí)驗(yàn)室研制成功的基于光柵投射測(cè)量技術(shù)的光學(xué)三維傳感與重建系統(tǒng)的實(shí)用化和商業(yè)化出發(fā),提出為該儀器開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的逆向工程軟件系統(tǒng)的設(shè)想,進(jìn)行了方案比較、需求分析,對(duì)該軟件系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì),并編程實(shí)現(xiàn)了相關(guān)算法和主體功能.該軟件定位為專(zhuān)門(mén)類(lèi)逆向工程軟件,具有成本低、可移植