大型复杂曲面的数字化检测技术研究及应用

2009年3月21日 8时07分

摘要：本文在研究国内外已有的数模比对检测技术的基础上，针对传统数字化检测方法进行检测时边缘棱角处偏差计算失效的问题，提出了一种新的解决方法：利用单元三角网格形式的CAD模型参与计算，在建立点到面对应关系的基础上，通过建立半边数据结构表达CAD模型表面三角形面、边、顶点的拓扑关系，增加了点到边的对应关系和点到点的对应关系，对于不同区域选择正确的对应关系，从而解决了传统方法的不足。工程应用实例表明，本文提出的方法能很好的解决大型复杂曲面如大型泡沫模型、铸件、结构件以及大型水轮机叶片等的数字化检测，取得了较好的效果。

近年来，计算机科学、逆向工程技术和测量技术等学科的迅速发展为复杂型面数字化比对检测技术的产生提供了先决条件。数字化比对检测技术不仅很好的克服了传统检测方法的缺点，而且能够将检测结果快速、全面、直观地显示出来，因此它必将成为复杂型面制造精度检测和评价的主要发展趋势。

近年来，计算机科学、逆向工程技术和测量技术等学科的迅速发展为复杂型面数字化比对检测技术的产生提供了先决条件。数字化比对检测技术不仅很好的克服了传统检测方法的缺点，而且能够将检测结果快速、全面、直观地显示出来，因此它必将成为复杂型面制造精度检测和评价的主要发展趋势。

数字化比对检测技术的主要原理是通过测量设备获得待测工件的点云数据，将该点云数据与对应的CAD模型进行坐标配准，最终计算得到点云数据相对于CAD模型的偏差。对于数字化比对检测技术中点云偏差的计算，目前研究的主要方法包括：Gunnarson和Prinz[3]对于双三次样条曲面片表达的CAD模型，计算点云各点与CAD模型中对应最近点的切平面的距离来表示偏差；Sahoo和Menq[4]对于曲面表达的CAD模型，利用正交欧式距离法和代数距离法两种方法计算点云各点到CAD模型曲面的距离表示偏差；Pahk和Ahn[5]等人利用迭代细分算法计算待测点云与CAD模型曲面的距离表示偏差；对于NURBS曲面表达的CAD模型，主要通过迭代计算点云各点到NURBS曲面最小距离来表示偏差[6]。

以上方法都是利用计算点云各点与CAD模型面片之间的距离表示偏差，然而这些方法不能保证在所有区域都能得到正确的计算结果，比如在边缘棱角处，很可能由于找不到点所对应的面片或者找到错误的面片而导致偏差计算失效。

本文针对上述问题，在建立点云各点与CAD模型面片的对应关系的基础上，对于单元三角网格表示的CAD模型，通过建立半边数据结构表达CAD模型表面三角形面、边、顶点的拓扑关系，增加了点到边的对应关系和点到点的对应关系，对于不同区域选择正确的对应关系，从而解决了传统方法的不足。

偏差图 - XTDP三维光学摄影测量系统 Ver 7.00版本