光學三維形體檢測及重構(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)和實用化是推動逆向工程不斷走向發(fā)展和成熟的動力來源.目前,通過與CAD/CAM結(jié)合,光學三維檢測技術(shù)因其具有非接觸、無損、高精度、高效率等特性,在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計制造領(lǐng)域已取代接觸式測量成為逆向工程的數(shù)據(jù)獲取和最終產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的主要手段.本文工作依托上海市光科技專項課題"先進制造中的光學三維傳感與重建系統(tǒng)研制",以光柵投射測量系統(tǒng)在逆向工程中的應(yīng)用為出發(fā)點研究了條紋圖處理、曲面重構(gòu)和

2、逆向工程軟件設(shè)計等相關(guān)技術(shù),希冀在該系統(tǒng)的實用化、商業(yè)化過程中不斷完善相關(guān)測量方法和逆向工程系統(tǒng).本文研究工作重點包括以下三個方面: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解包裹(Phase Unwrapping)的過程來恢復真實位相,這導致了許多問題.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、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語言編寫了相關(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物面的位相梯度,通過積分得到位相分布,從而避開了位相解包裹的相關(guān)問題,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.模擬和實驗驗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量技術(shù)具有全場、非接觸、無損、高精度、高效率等特性,可以有效地滿足逆向工程對高精度數(shù)據(jù)快速獲取和快速建模的要求.由于光柵投射測量系統(tǒng)測量得到的點云數(shù)據(jù)是按截面方式分布的.據(jù)此,詳細研究分析了用Skinning方法將測量得到的點云數(shù)據(jù)重構(gòu)成NURBS曲面模型的三維建模技術(shù).Skinning算法具有原理簡單、生成參數(shù)曲面速度快等優(yōu)點.本文闡述了Skinning的插值型和逼近型兩類算法的思想

5、,進行了詳細的分析和比較,并以CH語言編制了相關(guān)算法程序,成功地實現(xiàn)了將實際測量得到的頭像點云重構(gòu)成NURBS曲面模型.3、逆向工程軟件設(shè)計從上海大學應(yīng)用光學與測量實驗室研制成功的基于光柵投射測量技術(shù)的光學三維傳感與重建系統(tǒng)的實用化和商業(yè)化出發(fā),提出為該儀器開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的逆向工程軟件系統(tǒng)的設(shè)想,進行了方案比較、需求分析,對該軟件系統(tǒng)進行了總體設(shè)計,并編程實現(xiàn)了相關(guān)算法和主體功能.該軟件定位為專門類逆向工程軟件,具有成本低、可移植