逆向工程的測量技術(shù)課件

1、第2章 逆向工程的測量技術(shù)世界上第一臺三坐標(biāo)測量機(jī)的誕生1956年世界上出現(xiàn)了有英國Ferranti公司開發(fā)的首臺用光柵作為長度基準(zhǔn)并數(shù)字顯示的現(xiàn)代意義上的三坐標(biāo)測量機(jī)。1962年，作為FIAT（菲亞特）汽車公司質(zhì)量控制工程師的Fraorinco Sartorio先生，在意大利都靈市創(chuàng)建了DEA（Digital Electronic Automation）,成為世界上第一家專業(yè)制造坐標(biāo)測量設(shè)備的公司，同時在公司的命名上還富有前瞻性地預(yù)見到數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，并繼而在推動坐標(biāo)測量機(jī)在制造業(yè)，尤其是汽車、航空航天等大型零部件精密測量方面發(fā)揮著重要作用。第2章 逆向工程的測量技術(shù)世界上第一臺三坐標(biāo)測

2、量機(jī)的誕生1963年10月，DEA公司的第一臺行程為2500X1600X600mm的龍門式測量機(jī)ALPHA，出現(xiàn)在米蘭的歐洲機(jī)床展覽會上，從而開創(chuàng)了坐標(biāo)測量技術(shù)的新領(lǐng)域，并使得幾何量質(zhì)量控制技術(shù)成為工業(yè)生產(chǎn)的重要因素。在隨后的年代里，DEA相繼推出其手動和數(shù)控測量機(jī)，并率先采用氣浮技術(shù)，配備了各種觸發(fā)、掃描測頭、非接觸光學(xué)測頭，開發(fā)了具有強(qiáng)大CAD功能的通用測量軟件；先后推出系列橋式測量機(jī)和大型水平臂、龍門式測量機(jī)，并推動汽車車身研究和“白車身”的尺寸檢測方面做出了突出貢獻(xiàn)，并成為當(dāng)時世界上技術(shù)最先進(jìn)、規(guī)模最大的測量機(jī)供應(yīng)商之一。2.1 先進(jìn)檢測技術(shù)三維數(shù)據(jù)測量方法按照測量探頭是否和零件表面接

3、觸，可分為接觸式數(shù)據(jù)采集和非接觸式數(shù)據(jù)采集兩大類，接觸式包括基于力-變形原理的觸發(fā)式和連續(xù)掃描式數(shù)據(jù)采集：而非接觸式主要有激光三角測量法、激光測距怯、光干涉法、結(jié)構(gòu)光學(xué)法、圖像分析法等。另外，隨著工業(yè)CT技術(shù)的發(fā)展，斷層掃描技術(shù)也在逆向工程中取得了廣泛的應(yīng)用。它們各自的特點(diǎn)和適用場合，2.1 先進(jìn)檢測技術(shù)逆向工程數(shù)據(jù)獲取方法分類2.2 接觸式測量接觸式（tactile methods）數(shù)據(jù)采集方法是在機(jī)械手臂的末端安裝測量探頭，使其與被測量零件表面接觸來觸發(fā)一個記錄信號，并通過相應(yīng)的設(shè)備記錄下當(dāng)時的標(biāo)定傳感器數(shù)值，從而獲取被測零件表面的三維數(shù)據(jù)信息，目前最常用的接觸式數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)為橋式三坐標(biāo)測

4、量機(jī)（Coordinate Measuring Machine，CMM）或機(jī)械手臂式坐標(biāo)測量機(jī)2.2 接觸式測量橋式三坐標(biāo)測量機(jī)和機(jī)械手臂式測量機(jī)2.2 接觸式測量接觸式測量方法在測量時可根據(jù)實(shí)物的特征和測量的要求選擇測量探頭及其方向，確定測量點(diǎn)數(shù)及其分布，然后確定測量的路徑，有時還要進(jìn)行碰撞的檢查。常用的接觸式三坐標(biāo)測量機(jī)的測量數(shù)據(jù)采集方法多采用觸發(fā)探頭，觸發(fā)探頭又稱為開關(guān)測頭，當(dāng)探頭的探針接觸到產(chǎn)品的表面時，由于探針觸發(fā)采樣開關(guān)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記下探針的當(dāng)前坐標(biāo)值，逐點(diǎn)移動探針就可以獲得產(chǎn)品的表面輪廓的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。常用的接觸式觸發(fā)探頭主要包括：機(jī)械式觸發(fā)探頭、應(yīng)變片式觸發(fā)探頭、壓電陶瓷觸發(fā)

5、探頭。2.2 接觸式測量從幾何量種類來看，制件可分為長度、角度、形狀與位置和粗糙度等幾何尺寸的檢測。常規(guī)的手工檢測方法量具常使用盒尺、卷尺、游標(biāo)卡尺、千分尺等，非手工方式常常借助于各種儀器進(jìn)行檢測2.2 接觸式測量 Metro三坐標(biāo)測量機(jī) PIONEER三維激光掃描儀2.2 接觸式測量FARO關(guān)節(jié)臂三座標(biāo)測量機(jī) FARO激光跟蹤儀STD電子經(jīng)緯儀 METRIS室內(nèi)全空間定位系統(tǒng)2.2.1 三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型、高效的精密測量儀器。在工業(yè)界，三坐標(biāo)測量機(jī)的最初應(yīng)用是作為一種檢測儀器，對零件和部件的尺寸、形狀及相對位置進(jìn)行快速、精確的檢測。此外，還可用于劃線

6、、定中心孔、光刻集成線路等。但隨著三坐標(biāo)測量機(jī)各方面技術(shù)的發(fā)展(如回轉(zhuǎn)工作臺、觸發(fā)式測頭的產(chǎn)生)，特別是計(jì)算機(jī)控制的三坐標(biāo)測量機(jī)的出現(xiàn)，三坐標(biāo)測量機(jī)已廣泛應(yīng)用于逆向工程的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取。由于三坐測量機(jī)具有對連續(xù)曲面進(jìn)行掃描來制備數(shù)控加工程序的功能，因此一開始就被選為逆向工程的主要的數(shù)字化設(shè)備并一直使用至今。傳統(tǒng)測量技術(shù)與三坐標(biāo)測量技術(shù)的區(qū)別見表2. 1所示。2.2.1 三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)的特點(diǎn)是測量精度高，對被測物的材質(zhì)和色澤無特殊要求。對不具有復(fù)雜內(nèi)部型腔、特征幾何尺寸多、只有少量特征曲面的零件，三坐標(biāo)測量機(jī)是一種非常有效且可靠的三維數(shù)字化測量手段，它主要應(yīng)用于由基本的幾何形體(如平面、

7、圓柱面、圓錐面、球面等)構(gòu)成的實(shí)體的數(shù)字化過程，采用該方法可以達(dá)到很高的測量精度，但測量速度很慢，并且易于損傷探頭或劃傷被測實(shí)體表面，還需要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行測頭半徑補(bǔ)償，對使用環(huán)境也有一定的要求。采用這種方法會使測量周期加長，從而不能充分發(fā)揮快速成形技術(shù)“快速”的優(yōu)越性。一般來說，三坐標(biāo)測量機(jī)可以配備觸發(fā)式測量頭和連續(xù)掃描式測量頭，對被測件進(jìn)行單點(diǎn)測量和掃描測量。由于三坐標(biāo)測量機(jī)的測量點(diǎn)數(shù)不可能像非接觸式測量機(jī)的測量點(diǎn)數(shù)那樣密集，因而其測量所得數(shù)據(jù)比較適合于采用各種通用CAD軟件來進(jìn)行CAD數(shù)學(xué)模型的反求，利用不大的數(shù)據(jù)量也能完成很好的反求曲面，這使得三坐標(biāo)測量機(jī)得到了更為廣泛的應(yīng)用。2.2.1

8、 三坐標(biāo)測量機(jī)1. 三坐標(biāo)測量機(jī)的原理 三坐標(biāo)測量原理是：將被測物體置于三坐標(biāo)機(jī)的測量空間，可獲得被測物體各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過計(jì)算可求出被測對象的幾何尺寸、形狀和位置。也可以定義為：通過探測傳感器（測頭）與測量空間軸線運(yùn)動的配合，對被測幾何元素進(jìn)行離散的空間點(diǎn)坐標(biāo)的獲取，然后通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算定義，完成對所測得點(diǎn)（點(diǎn)群）的擬合計(jì)算，還原出被測的幾何元素，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行其與理論值（名義值）之間的偏差計(jì)算與后續(xù)評估，從而完成對被測零件的檢驗(yàn)工作。2.2.1 三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)的組成主機(jī)框架結(jié)構(gòu) 標(biāo)尺系統(tǒng) 導(dǎo)軌 驅(qū)動裝置 平衡部件 轉(zhuǎn)臺與附件 2.2.1 三坐標(biāo)測量

9、機(jī)(1)框架結(jié)構(gòu)：指測量機(jī)的主體機(jī)械結(jié)構(gòu)架子。它是工作臺、立柱、橋框、殼體等機(jī)械結(jié)構(gòu)的集合體。(2)標(biāo)尺系統(tǒng)：包括線紋尺、精密絲杠、感應(yīng)同步器、光柵尺、磁尺、光波波長及數(shù)顯電氣裝置等。 (3)導(dǎo)軌：實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動，多采用滑動導(dǎo)軌、滾動軸承導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，以氣浮導(dǎo)軌為主要形式。氣浮導(dǎo)軌由導(dǎo)軌體和氣墊組成，包括氣源、穩(wěn)壓器、過濾器、氣管、分流器等氣動裝置。 2.2.1 三坐標(biāo)測量機(jī) (4)驅(qū)動裝置：實(shí)現(xiàn)機(jī)動和程序控制伺服運(yùn)動功能。由絲杠絲母、滾動輪、鋼絲、齒形帶、齒輪齒條、光軸滾動輪、伺服馬達(dá)等組成。 (5)平衡部件：主要用于z軸框架中，用以平衡z軸的重量，使z軸上下運(yùn)動時無偏重干擾，Z向測力穩(wěn)定。

10、(6)轉(zhuǎn)臺與附件：使測量機(jī)增加一個轉(zhuǎn)動運(yùn)動的自由度，包括分度臺、單軸回轉(zhuǎn)臺、萬能轉(zhuǎn)臺和數(shù)控轉(zhuǎn)臺等。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為橋式、龍門式等 半橋式CMM 龍門式CMM2.2.1 三坐標(biāo)測量機(jī)傳統(tǒng)測量技術(shù)坐標(biāo)測量技術(shù)對工件要進(jìn)行精確、及時的調(diào)整不需要對工件進(jìn)行特殊調(diào)整專用測量儀和多工位測量很難適應(yīng)測量任務(wù)的改變簡單地調(diào)用所對應(yīng)的軟件完成測量任務(wù)與實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)或運(yùn)動標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量比較與數(shù)學(xué)的或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行測量比較形狀和位置測量在不同的儀器上進(jìn)行尺寸、形狀和位置的評定在一次安裝中即可完成不相干的測量數(shù)據(jù)手工記錄測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和CAD設(shè)計(jì)傳統(tǒng)測量技術(shù)與坐標(biāo)測量技術(shù)比較2.2.1 三坐標(biāo)測量機(jī)1965年FERRAN

11、TI公司研制的三坐標(biāo)測量機(jī) 世界上首臺龍門式測量機(jī)2. 三坐標(biāo)測量機(jī)的組成三坐標(biāo)測量機(jī)組成三坐標(biāo)測量機(jī)可分為主機(jī)(包括光柵尺)、測頭、電氣系統(tǒng)三個部分2.2.1 三坐標(biāo)測量機(jī)2）三維測頭三維測頭即三維測量傳感器，它可在3個方向上感受瞄準(zhǔn)信號和微小位移，以實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)和測微兩項(xiàng)功能。主要有硬測頭、電氣測頭、光學(xué)測頭等。測頭有接觸和非接觸式之分。按輸出信號分，有用于發(fā)信號的觸發(fā)式測頭和用于掃描的瞄準(zhǔn)式測頭、測微式測頭等。接觸式坐標(biāo)測量機(jī) 接觸式測頭種類及其工作原理 (a)硬式測頭 (b)觸發(fā)式測頭 (c)模擬式測頭接觸式測頭工作原理圖硬式測頭-1 通過手動測頭接觸工件表面，由人眼及感覺做出判斷，再利用

12、腳踏開關(guān)觸發(fā)。記錄觸發(fā)時接觸點(diǎn)坐標(biāo)值。由于接觸力的大小和接觸點(diǎn)的判斷完全依賴于操作者的感覺，極易產(chǎn)生誤差，多用于精度要求不太高的小型測量機(jī)，成本較低、操作簡單。硬式測頭-2 按形狀可分為圓錐測頭、圓柱形測頭、球形測頭、回轉(zhuǎn)半圓和回轉(zhuǎn)四分之一柱面測頭、盤形測頭、凹圓錐測頭、點(diǎn)測頭、V形塊測頭及直角測頭等。Micro Scribe 采用硬式測頭的小型測量儀Micro Scribe，主要用于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)時對較小實(shí)物模型的測量。精度0.3mm左右。觸發(fā)式測頭-1 觸發(fā)式測頭利用電子開關(guān)機(jī)構(gòu)，當(dāng)測頭碰到樣件表面，由接觸力控制電子機(jī)構(gòu)的開關(guān)，由電信號的通斷控制坐標(biāo)值的讀取。觸發(fā)式測頭的觸發(fā)信號由電子開關(guān)控制

13、，故其重復(fù)性、準(zhǔn)確性較高，測量精度可達(dá)1m甚至更高，是現(xiàn)代三坐標(biāo)測量機(jī)最常用的測頭。觸發(fā)式測頭-2 按照測頭電子開關(guān)機(jī)構(gòu)所用的傳感器可以將觸發(fā)式測頭分為電觸式測頭、壓電式開關(guān)測頭、應(yīng)變片式測頭。 Renishaw TP20觸發(fā)式測頭實(shí)例 哈爾濱先鋒機(jī)電TP6CRenishaw TP6模擬式測頭 模擬式（掃描式）測頭在接觸被測工件后，連續(xù)測得接觸位移，測頭的轉(zhuǎn)換裝置輸出與測桿的微小偏移成正比的信號，該信號和精密量儀的相應(yīng)坐標(biāo)值疊加便可得到被測工件上點(diǎn)的精確坐標(biāo)。若不考慮測桿的變形，掃描式測頭是各向同性的，故其精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于觸發(fā)式測頭。該類測頭的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，目前世界上只有少數(shù)公司可以

14、生產(chǎn)。 Renishaw SP600模擬式測頭實(shí)例Renishaw SP600MFaro ArmFaro 手動測臂值得注意的是，隨著技術(shù)的發(fā)展，手動測臂也經(jīng)?？梢該Q上激光式測頭。2.3非接觸測量非接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，主要包括：激光三角形法、激光測距法、結(jié)構(gòu)光法以及圖像分析法等。非接觸式數(shù)據(jù)采集速度快、精度高，排除了由測量摩擦力和接觸壓力造成的測量誤差，避免了接觸式測頭與被測表面由于曲率干涉產(chǎn)生的偽劣點(diǎn)數(shù)目，獲得的密集點(diǎn)云信息量大、精度高，測頭產(chǎn)生的光斑也可以做得很小，可以探測到一般機(jī)械測頭難以丈量的部位，最大限度地反映被測表面的真實(shí)外形。適用于表面外形復(fù)雜，精度要

15、求不特別高的未知曲面的測量，2.3非接觸測量總之，在可以應(yīng)用接觸式測量的情況下，不要采用非接觸式測量；在只測量尺寸、位置要素的情況下盡量采用接觸式測量；考慮測量本錢且能滿足要求的情況下，盡量采用接觸式測量；對產(chǎn)品的輪廓及尺寸精度要求較高的情況下采用非接觸式掃描測量；對離散點(diǎn)的測量采用掃描式；對易變形、精度要求不高的產(chǎn)品、要求獲得大量測量數(shù)據(jù)的零件進(jìn)行測量時采用非接式測量方法。2.3.1三維光學(xué)測量技術(shù)1)激光掃描法激光掃描法是發(fā)展得比較成熟的一種測量方法。一般的工作流程是通過同步電動機(jī)控制激光器旋轉(zhuǎn)，激光光條隨之掃描整個待測物體，光條所形成的高斯亮條經(jīng)被測面調(diào)制形成測量條紋，由攝像機(jī)接受圖像，

16、獲得測量條紋的測量信息，再經(jīng)過攝像機(jī)標(biāo)定和外極線約束準(zhǔn)則得出三維測量數(shù)據(jù)?！?D Scanner”激光掃描系統(tǒng)2.3.1三維光學(xué)測量技術(shù)2)白光(彩色)光柵編碼法光柵編碼法測量原理如圖所示，光源照射光柵，經(jīng)過投影系統(tǒng)將光柵條紋投射到被測物體上，經(jīng)過被測物體形面調(diào)制形成了測量條紋，由雙目攝像機(jī)接收測量條紋，應(yīng)用特征匹配技術(shù)、外極線約束準(zhǔn)則和立體視覺技術(shù)獲得測量曲面的三維數(shù)據(jù)。光柵編碼測量示意圖ATOS測量儀2.3.1三維光學(xué)測量技術(shù)3)位相輪廓法位相輪廓法測量由非相關(guān)光源(激光)照射光柵(正弦光柵或其他)，投射出的光柵條紋受被測型面調(diào)制，形成與被測形狀相關(guān)聯(lián)的光場分布，再應(yīng)用混合模板技術(shù)、相位復(fù)

17、原技術(shù)相位圖定標(biāo)技術(shù)獲得與曲面高度信息相關(guān)的相位變化，從而獲得被測物體的三維相貌。2.3.1三維光學(xué)測量技術(shù) 4)彩色激光掃描法近年來，多媒體技術(shù)蓬勃發(fā)展，游戲業(yè)、動畫業(yè)及古文物業(yè)迫切需要彩色3D測量，彩色激光掃描法應(yīng)運(yùn)而生。彩色激光掃描系統(tǒng)對被測物體進(jìn)行兩步拍攝。首先關(guān)閉激光器，打開濾光片，用彩色CCD拍攝一幅被測物體的彩色照片，記錄下物體的顏色信息；然后打開激光器，放下濾光片，用CCD獲得經(jīng)過被測型面調(diào)制的激光線條單色圖案。利用激光光條掃描法中所敘述的原理，獲得被測型面的三維坐標(biāo)(單色)；然后利用貼圖技術(shù)，將第一次拍攝獲得的彩色圖像信息匹配到各個被測點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)上，這樣就獲得了物體的彩色3

18、D信息。2.3.1三維光學(xué)測量技術(shù)5)陰影莫爾法陰影莫爾法最早由Meadows和Takasaki于1970年提出。它是將一光柵放在被測物體上，再用一光源透過光柵照在物體上，同時再透過光柵觀察物體，可看到一系列莫爾條紋，它們是物體表面的等高線。之后，人們將此技術(shù)與CCD技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)相結(jié)合使其走向?qū)嵱没?，特別是相移技術(shù)的引入，解決了無法從一幅莫爾圖中判別物體表面凹凸的問題，并使莫爾計(jì)量技術(shù)從定性走向定量，使莫爾技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。但相移一般是通過機(jī)械手段改變光柵與被測物的距離而實(shí)現(xiàn)的，其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，速度慢。2.3.1三維光學(xué)測量技術(shù)6)基于直接三角法的三維型面測量技術(shù)直接三角法三維型面

19、測量技術(shù)包括激光逐點(diǎn)掃描法、線掃描法和二元編碼圖樣投影法等，分別采用點(diǎn)、線、面這3類結(jié)構(gòu)光投影方式。這些方法以傳統(tǒng)的三角測量原理為基礎(chǔ)，通過出射點(diǎn)、投影點(diǎn)和成像點(diǎn)三者之間的幾何成像關(guān)系確定物體各點(diǎn)高度，因此其測量關(guān)鍵在于確定三者的對應(yīng)關(guān)系。逐點(diǎn)掃描法用光點(diǎn)掃描，雖然簡單可靠，但測量速度慢；線掃描法采用一維線性圖樣掃描物體，速度比前者有很大的提高，確定測量點(diǎn)也比較容易，應(yīng)用較廣，國際上早有商品出售，但這種方法的數(shù)據(jù)獲取速度仍然較慢；二元編碼圖像投影法采用時間或空間編碼的二維光學(xué)圖案投影，利用圖案編碼和解碼來確定投影點(diǎn)和成像點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，由于是二維面結(jié)構(gòu)光，能夠大大提高測量速度。2.3.2光學(xué)測量

20、設(shè)備 隨著傳感技術(shù)、控制技術(shù)、制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量商品化三維測量設(shè)備，其中光學(xué)測量儀器應(yīng)用較為成功。其中，Replica公司的三維激光掃描儀3D Scanner，Gom公司的ATOS、Steinbichler公司的Comet光學(xué)測量系統(tǒng)在中國市場上取得了很大的成功，并占有絕大部分的市場份額。這些國外三維測量設(shè)備的價格昂貴，如ATOS及Comet光學(xué)測量系統(tǒng)的市場價格均在100萬元左右，這使得國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)使用成本明顯偏高。2.3.2光學(xué)測量設(shè)備 1.Comet測量系統(tǒng) Comet測量系統(tǒng)由測量頭、支架及相關(guān)軟件組成，該系統(tǒng)采用投影光柵相移法進(jìn)行測量，每次測點(diǎn)可達(dá)130萬個，

21、測量精度可達(dá)20um。Comet系統(tǒng)與其他光柵測量系統(tǒng)(如ATOS系統(tǒng))相比有著明顯的優(yōu)點(diǎn)2.3.2光學(xué)測量設(shè)備 ATOS測量系統(tǒng)ATOS是德國GOM公司生產(chǎn)的非接觸式精密光學(xué)測量儀，適合眾多類型物件的掃描測量，如人體、軟物件、硅膠樣板或不可磨損的模具及樣品等。該測量儀具有獨(dú)特的流動式設(shè)計(jì)，在不需要任何工作平臺(如三坐標(biāo)測量機(jī)、數(shù)控機(jī)械或機(jī)械手等)支援下，使用者可隨意移動測量頭至任何測量方位做高速測量。該測量儀使用方便快捷，非常適合測量各種大小模型(如汽車、摩托車外形件及各種機(jī)構(gòu)零件、大型模具、小家電等)。整個測量過程基于光學(xué)三角形定理，自動影像攝取，再經(jīng)數(shù)碼影像處理器分析，將所測的數(shù)據(jù)自動合

22、并成完整連續(xù)的曲面，由此得到高質(zhì)量零件原型的“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)。ATOS測量系統(tǒng)的硬件組成3.手持式三維數(shù)字掃描及測量系統(tǒng)HandyScanHandyScan 3D自定位三維掃描系統(tǒng)2.4斷層數(shù)據(jù)測量方法1 CT測量法工業(yè)CT(Industry Computerized Tomography，ICT)是基于射線與物質(zhì)的相互作用原理，通過射線的哀減獲得投影，進(jìn)而重建出被檢測物體的斷層圖像。工業(yè)CT的檢測能力不受被檢物的材料、形狀、表面狀況影響，能給出構(gòu)件的二維和三維直觀圖像。目前先進(jìn)的工業(yè)CT系統(tǒng)已達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)為：空間分辨率為1025um：密度分辨率為0.10.5；最高X射線能量為60MeV；可

23、測最大直徑為4m的物體。德國菲尼克斯的X射線工業(yè)CT機(jī)2.4斷層數(shù)據(jù)測量方法2. MRI測量法磁共振成像術(shù)(Magnetic Resonance Imaging，MRI)也稱為核磁共振，該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是核物理學(xué)的磁共振理論，是20世紀(jì)70年代末以后發(fā)展的一種新式醫(yī)療診斷影像技術(shù)，和X-CT掃描一樣，可以提供人體斷層的影像。其基本原理是用磁場來標(biāo)定人體某層面的空間位置，然后用射頻脈沖序列照射，當(dāng)被激發(fā)的核在動態(tài)過程中自動恢復(fù)到靜態(tài)場的平衡時，把吸收的能量發(fā)射出來，然后利用線圈來檢測這種信號，將信號輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換在屏幕上顯示圖像。2.4斷層數(shù)據(jù)測量方法2.4斷層數(shù)據(jù)測量方法醫(yī)學(xué)用MRI

24、測量機(jī)3超聲波測量法 采用超聲波的數(shù)字化方法，其原理是當(dāng)超聲波脈沖到達(dá)被測物體時，在被測物體的兩種介質(zhì)邊界表面會發(fā)生回波反射，通過測量回波與零點(diǎn)脈沖的時間間隔，即可計(jì)算出各面到零點(diǎn)的距離。這種方法相對CT和MRI而言，設(shè)備簡單，成本較低，但測量速度較慢，且測量精度不穩(wěn)定。目前主要用于物體的無損檢測和壁厚測量。2.4斷層數(shù)據(jù)測量方法4層析掃描法其工作過程為：將待測零件用專用樹脂材料(填充石墨粉或顏料)完全封裝，待樹脂固化后，把它裝夾到銑床上，進(jìn)行微進(jìn)刀量平面銑削，結(jié)果得到包含有零件與樹脂材料的截面；然后由數(shù)控銑床控制工作臺移動到CCD攝像機(jī)下，位置傳感器向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號，計(jì)算機(jī)收到信號后，觸發(fā)圖

25、像采集系統(tǒng)驅(qū)動CCD攝像機(jī)對當(dāng)前截面進(jìn)行采樣、量化，從而得到三維離散數(shù)字圖像。由于封裝材料與零件截面存在明顯邊界，利用濾波、邊緣提取、紋理分析、二值化等數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行邊界輪廓提取，就能得到邊界輪廓圖像。2.4斷層數(shù)據(jù)測量方法4層析掃描法通過物-像坐標(biāo)關(guān)系的標(biāo)定，并對此輪廓圖像進(jìn)行邊界跟蹤，便可獲得物體在該截面上各輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)值。每次圖像攝取與處理完成后，再用數(shù)控銑床把待測物銑去很薄一層(如0.1mm)，又得到一個新的橫截面，并完成前述的操作過程，就可以得到物體上相鄰很小距離的每一截面輪廓的位置坐標(biāo)。層析法可對有孔及內(nèi)腔的物體進(jìn)行測量，測量精度高，能夠得到完整的數(shù)據(jù)；不足之處是這種測量是破

26、壞性的。美國CGI公司已生產(chǎn)層析掃描測量機(jī)；在國內(nèi)，海信技術(shù)中心工業(yè)設(shè)計(jì)所和西安交通大學(xué)合作，研制成功了具有圍際領(lǐng)先水平的掃捕式三維數(shù)字測量CMS系列，。2.4斷層數(shù)據(jù)測量方法層析法測量2.5測量中的問題2.5.1 三維數(shù)據(jù)測量方法的選擇2.5.2 數(shù)據(jù)測量的誤差分析測量精度是必須考慮的。影響測量精度的因素很多，如測量的原理誤差、測量系統(tǒng)的精度及測量過程中的隨機(jī)因素等，都會對測量結(jié)果造成影響，從而產(chǎn)生測量誤差。1.機(jī)房環(huán)境條件由于三坐標(biāo)測量機(jī)是一種高精度的檢測設(shè)備，其機(jī)房環(huán)境條件的好壞，對測量機(jī)的影響至關(guān)重要。這其中包括檢測工件狀態(tài)及環(huán)境、溫度條件、振動、濕度、供電電源、壓縮空氣等因素。2.物體自身的因素在曲面測量中，被測物體本身的材料、表面結(jié)構(gòu)要求、顏色、光學(xué)性質(zhì)及表面形狀，對光的反射和吸收程度有很大的差異，尤其是物體的表面結(jié)構(gòu)要求和折射率等因素會對測量的精度會產(chǎn)生重大的影響。3.標(biāo)定的因素所有的測量方法都需要標(biāo)定。對于光學(xué)測量系統(tǒng)而言，由于光學(xué)測量系統(tǒng)的制造和裝配必然存存誤差，因此，對于物點(diǎn)到像點(diǎn)的非線性關(guān)系的標(biāo)定技術(shù)更是獲取物體三維坐標(biāo)的關(guān)鍵。2.5.2 數(shù)據(jù)測量的誤差分析4.攝像機(jī)的分辨率CCD攝像機(jī)的分辨率主要是靠尺寸和像素間距的大小來決定的。對整個測量系統(tǒng)的分辨率而言，它主要取決于測量的范圍。此外，掃描系統(tǒng)運(yùn)動裝置的移動誤差也會降低測量精度。2.5.