复杂曲面测量与重构成型的精度研究
1 逆向工程中的精度检测
随着计算机软件和硬件的不断发展，CAD/CAM技术对自由曲面产品的设计和制造提供了越来越大的支持。但是，有些自由曲面产品往往最初以手工制作模型的形式存在，即实际上不存在CAD模型。为了利用先进的数控加工技术和快速原型制造技术，就需要从已存在的实物出发反向构造CAD模型，这就是逆向工程的概念。在本文所处的环境条件下，在经过比较和分析之后，可以采用如下一种可行的系统方案，如图1所示。首先，利用ATOS光学扫描仪等设备测量原型件的表面，获取复杂形状的自由曲面产品三维点云。然后，通过曲面拟合软件Imageware软件和三维造型软件UG等构造CAD模型，由此驱动快速原型机制造产品。
快速逆向工程的研究大多集中于点云数据处理和点云的曲面拟合等方面，但对其中各环节的精度评价和误差分析研究得较少。实际上，经常需要基于CAD模型进行制造件加工精度的检测。同时评价重构模型精度也是非常重要的，这是以原型件为参考检测重构模型的过程。本文针对这些特点，对选择的方案中影响精度的各个环节进行了分析。
2 结构光测量仪的误差分析
德国GOM公司新近推出的以数码相机为基础的光学三维测量系统.它包括测量头、三脚架、控制器和计算机。测量头中间是普通光源，两端是CCD摄像头(如图2所示)。其数据采集原理是投影光栅法(如图3所示)。
该测量仪可以自由地绕着被测物体移动，能够在无任何平台的支撑下实现流动式操作。每幅扫描照片可获得工件表面400 000个点的三维坐标，扫描精度达0. 03 mm,整体拼合扫描精度为0. 1 mm/m。
用ATOS测量时所产生的误差，分为机器本身的误差、拍摄前外界因素的影响误差、仪器校正时的误差以及拍摄时的误差。
2. 1机器本身的误差
投影光源的强度和照明均匀性影响图像条纹质量。如果光源的照明不均匀，摄取的条纹图像亮度不均匀使检测的条纹边缘易出现断线，给后处理带来麻烦。可以采取照明的均匀性好和亮度较高的灯作为光源，以减少投影光源的强度和照明均匀性的影响。
2. 2外界因素的影响
2. 2. 1外界环境光的影响。
由于ATOS测量是通过投射光和获取从实体表面反射的光进行测量的，测量时变化很大的外界环境光会对测量光带来影响，进而影响我们测得的数据的准确性。为了防止外界环境光变化产生的影响，该测量仪自带的软件里可以进行预先设置规定的变化值，当超过该规定的变化值时会出现提示的对话框。
2.2.2镜头或实体微小移动的影响。
该影响主要是由在拍摄时周围环境的震动引起镜头或者是待测实体的移动而引起的。为了减小该误差，测量仪白带的软件也可以进行预先的设置。
2. 2. 3显像剂的影响。
当对反光性不好的实体进行测量时，要喷洒显像剂进行测量。测量时应尽量把实体的表面喷洒得均匀，并且尽可能地薄，否则，会加大实体尺寸与测量尺寸的误差。此外，由于不同型号的显像剂的颗粒不一样，对测量也会有不同的影响。对一些反射性较好的实体进行测量时，可以不涂显像剂来减小测量误差。