三維數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)

1、三維數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù) 匯報(bào)人：. 日期：11月3日 研究的背景及意義 三維數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 研究的背景及意義 眾所周知，測(cè)量一直都是工業(yè)領(lǐng)域中的重要內(nèi)容，從產(chǎn)品的研制、 加工、到裝配，各個(gè)環(huán)節(jié)都需要測(cè)量。在實(shí)際的生產(chǎn)中，利用傳 統(tǒng)的檢測(cè)方法對(duì)大型構(gòu)件的測(cè)量，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不易達(dá)到 精度的要求。 比如對(duì)航空大型構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪、船體等測(cè)量。 解決復(fù)雜形狀表面輪廓尺寸的 測(cè)量和提高三維測(cè)量的測(cè)量精 度等一些列問(wèn)題，因此急需研 制出適用于上述情況的三維數(shù) 據(jù)測(cè)量技術(shù)。 三維數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀 目前已有的三維測(cè)量技術(shù)比較多，原理也各不相同。絕大多數(shù)都是基于光 學(xué) 、聲學(xué) 、電磁學(xué)以及機(jī)

2、械接觸原理的測(cè)量方法。 三維測(cè)量技術(shù)的分類三維測(cè)量技術(shù)的分類 三維測(cè)量技術(shù) 接觸式 非接觸式 又根據(jù)是否接觸被測(cè)物體，可以將三維測(cè)量技術(shù)分為接觸式測(cè)量和非接觸 式測(cè)量這兩大類。 “測(cè)頭直接與零件表面接觸” “間接獲得”，基于磁場(chǎng)、光學(xué)、超聲波等物理模擬量 基于“力-變形”原理的觸發(fā)式測(cè)量 接觸式三維測(cè)量技術(shù)接觸式三維測(cè)量技術(shù) 典型的接觸式測(cè)量設(shè)備是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）和關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)。 上圖關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī) 美國(guó) FARO 公司生產(chǎn)的鉑金系列關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)單點(diǎn)精度可達(dá) 0.005mm，空間長(zhǎng)度精 度可達(dá) 0.02mm，重量最輕可不超過(guò) 9.0kg。 關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī) 優(yōu)點(diǎn)： 1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

3、； 2）運(yùn)動(dòng)靈活，測(cè)量范圍大； 3）便攜性好等特點(diǎn)。 缺點(diǎn)： 1）精度比傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)要低，精度一般為 10m 級(jí)以上； 2）關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)可能有測(cè)量死角或精度特別差的區(qū)域； 3）測(cè)量效率比較低。 非接觸式三維測(cè)量技術(shù)非接觸式三維測(cè)量技術(shù) 超聲波 光學(xué) 非接觸式三 維測(cè)量技術(shù) 磁場(chǎng) 主動(dòng)測(cè)量法 結(jié)構(gòu)光方法 干涉法 莫爾條紋法 相位法 傅立葉變換輪廓法 被動(dòng)測(cè)量法 單目視覺(jué)法 雙目立體視覺(jué)法 三目立體視覺(jué)法與多目立體視覺(jué)法 需要利用圓形標(biāo)記點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)多視角（多視圖） 測(cè)量數(shù)據(jù)的拼合。 主動(dòng)式三角測(cè)量技術(shù) 測(cè)量精度高，達(dá)到 nm級(jí) 1）速度快，其效率是經(jīng)緯儀交會(huì)系統(tǒng)的 幾倍，新的儀器每秒采樣可達(dá)

4、萬(wàn)次； 2）精度高，典型的儀器測(cè)量精度指標(biāo)為 0.02mm1.1m/m； 3）動(dòng)態(tài)跟蹤，可以實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，方 便 動(dòng)態(tài)、軌跡測(cè)量； 4）測(cè)量范圍大，可測(cè)量半徑不小于 35m 空間范圍內(nèi)的物體。 激光跟蹤儀激光跟蹤儀 優(yōu)點(diǎn)： 激光跟蹤儀激光跟蹤儀 瑞士 Leica 公司的三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng) T-Probe 該產(chǎn)品可以認(rèn)為是激光跟蹤技術(shù)和三維視覺(jué)技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)品。 系統(tǒng)如右圖所示，測(cè)筆上裝有一個(gè)測(cè)量頭、 若干個(gè)目標(biāo)靶點(diǎn)（紅外發(fā)光二極管）、一個(gè)貓眼， 它們之間的相互位置關(guān)系已知，通過(guò)獲得目標(biāo)靶 點(diǎn)、貓眼的空間位置可以計(jì)算出測(cè)量頭的空間位 置。 在測(cè)量時(shí)，首先通過(guò)激光跟蹤儀檢測(cè)到貓 眼的位置，從而得到測(cè)筆

5、的大概位置，然后相 機(jī)通過(guò)激光跟蹤儀獲得的位置信息快速定位測(cè) 筆，并通過(guò) CCD相機(jī)獲取目標(biāo)靶點(diǎn)的圖像，計(jì) 算機(jī)根據(jù)圖像計(jì)算出目標(biāo)靶點(diǎn)的空間位置，并 結(jié)合激光跟蹤儀測(cè)得貓眼的位置計(jì)算出測(cè)量頭 的空間位置。 激光線三維掃描測(cè)量?jī)x激光線三維掃描測(cè)量?jī)x 激光線三維掃描測(cè)量?jī)x是一種基于線激光投射和三角測(cè)量原理的非接觸式測(cè)量 設(shè)備。 它在測(cè)量過(guò)程中將一個(gè)條狀激光束投射至被測(cè)物體表面，并使用 CCD 相機(jī)接受 其反射光束，然后根據(jù)三角測(cè)量原理獲得三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。 特點(diǎn)： 1）測(cè)量設(shè)備不與被測(cè)物體發(fā)生接觸； 2）測(cè)量速度快； 3）可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。 缺點(diǎn)： 測(cè)量精度一般比三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)要低， 而且受掃描范圍、景

6、深等的限制較大。 不適宜測(cè)量大尺寸范圍的零部件。 結(jié)構(gòu)光三維掃描儀是一種基于線或面結(jié)構(gòu)光投射和雙目立體測(cè)量原理的非接觸 式測(cè)量設(shè)備。 將其中一個(gè)相機(jī)用固定好的結(jié)構(gòu)光代替，利用光源和成像系統(tǒng)之間的三角幾何將其中一個(gè)相機(jī)用固定好的結(jié)構(gòu)光代替，利用光源和成像系統(tǒng)之間的三角幾何 信息進(jìn)行三維形面測(cè)量。信息進(jìn)行三維形面測(cè)量。 結(jié)構(gòu)光三維掃描儀結(jié)構(gòu)光三維掃描儀 特點(diǎn)： 1）具有測(cè)量速度快； 2）單次測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)多，具備大規(guī)模采集表面數(shù)據(jù)的能力； 3）非接觸式掃描，非接觸式三維光學(xué)掃描方式，可針對(duì)外觀復(fù)雜、自由 曲面、柔軟易變形或易磨損等物體進(jìn)行掃描； 4）精度高，獨(dú)特的標(biāo)定技術(shù)可使單面精度可達(dá)4m。 在飛

7、機(jī)、汽車和船舶等大型復(fù)雜零件的外形輪廓測(cè)量中已得 到了廣泛的應(yīng)用。 對(duì)比項(xiàng)目結(jié)構(gòu)光三維掃描儀激光三維掃描儀三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 系統(tǒng)體積小大大 系統(tǒng)質(zhì)量輕、方便靈活移動(dòng)重、難移動(dòng)重、不可移動(dòng) 掃描方式面點(diǎn)或線點(diǎn) 掃描精度高較高高 掃描范圍大受機(jī)械行程限制受機(jī)械行程限制 機(jī)械磨損不存在嚴(yán)重存在 掃描時(shí)間單面小于5秒數(shù)小時(shí)數(shù)天 安裝設(shè)置簡(jiǎn)單需調(diào)試需調(diào)試 維護(hù)難度容易難、嚴(yán)格難、嚴(yán)格 工作環(huán)境不嚴(yán)格受環(huán)境光影響受溫度、濕度影響 適用范圍所有物體因廠家不同而不同硬物體的測(cè)量 近景攝影測(cè)量系統(tǒng)近景攝影測(cè)量系統(tǒng) 近景攝影測(cè)量系統(tǒng)，利用數(shù)字近景攝影測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行處 理來(lái)獲得精確的三維坐標(biāo)。 實(shí)驗(yàn)室AutoLocator系統(tǒng)重建結(jié)果 一般在幾個(gè)m，商用Tritop系統(tǒng) 重建結(jié)果一般在幾十m。 被動(dòng)測(cè)量法 單目視覺(jué)法 雙目立體視覺(jué)法 三目立體視覺(jué)法與 多目立體視覺(jué)法 只采用一個(gè)攝像機(jī)，與雙目視覺(jué)方法相 比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攝像機(jī)的標(biāo)定也較為簡(jiǎn) 單，可以對(duì)不同深度的多個(gè)目標(biāo)測(cè)距。 該方法模擬人眼立體成像過(guò)程，用 兩個(gè)有一定間距、成一定角度的CCD 相機(jī)同時(shí)攝取場(chǎng)景的圖像，根據(jù)光 學(xué)三角形原理來(lái)獲得物體表面空間