反求技术在计算机辅助检测中的应用

【摘要】利用反求技术中的点云测量手段与反求软件中的点云对齐和曲面质量评定功能，实现机械零件的计算机辅助检测，为机械产品的曲面质量检测提供了一条利用反求技术进行计算机辅助检测的技术路线。

【关键词】反求技术 计算机辅助检测 点云测量 点云对齐

反求技术是一种利用高速三维激光扫描机等设备，对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维点云数据，然后配合反求软件对点云进行曲面重构的技术。在曲面重构过程中，设计者必须按照用户规定的精度，反复比对曲面与点云之间的误差，反复修改曲面，使得重构的曲面在规定的精度内更接近于原始样品或模型。

正是因为反求技术中对比对曲面与点云之间误差功能的需要，为我们在计算机辅助检测技术中提供了一条全新的途径。本文将利用反求工程软件Imageware，以某汽车挡板为例，介绍一个利用反求技术实施的计算机辅助检测项目。

一、基本技术路线

首先利用三坐标测量机测取零件(实体)表面的点坐标(点云)；然后将点云与该零件的CAD模型(设计文件)导入反求设计软件中；在对齐点云与零件CAD模型后，比对两者误差；最后生成该零件与CAD设计模型间的误差报告。

二、测取点云

利用坐标测量机等测量设备测量被测零件表面，获取零件表面大量的三维点坐标信息(点云)。在本实验室中的测量设备为意大利Crood3的三坐标测量机。测量精度指标：分辨率：0.5μm；空间测量精度：2.5±3L/1000μm；重复精度：3μm。因为测量精度较高，所以点云的坐标可以真实、准确地反映零件曲面的数字信息。

获得的点云导入Imageware后的结果如图1所示。

三、导入零件CAD模型

Imageware能与多种CAD软件进行数据交换。本例中的CAD模型是在Pro/E中进行设计的，为了提高数据交换的可靠性，我们将该CAD模型保存为IGES数据格式，然后导入Imageware中，如图2所示。此CAD模型是设计时给出的，是一个理想、“没有误差”的曲面。

四、对齐点云与CAD模型

图3是将点云和CAD模型导入Imageware后的结果。从图中可以看到，点云的位置和CAD模型的位置是不对应的(原因是测量坐标系和设计坐标系不统一)，因此首先应将点云与CAD模型对齐(即将两个模型对齐到一个坐标系下)。在此，我们利用反求软件中Align工具提供的系列手段，利用点云和CAD模型中的特征点将两者对齐。这一步是整个检测过程的关键。因为特征点选取得是否合适，直接影响计算机对零件误差的判断，所以我们往往选择零件加工时的基准要素，或者是影响零件要素位置关系得圆心、交点等作为对齐的特征点。对齐后的效果如图4所示。

五、输出曲面质量检测报告

在反求工程中，为了比对设计者构造出的曲面与点云之间的差异，Imageware提供了 Measure | Surface to | Cloud Difference这样一个途径，通过颜色反映这种差异(如图5所示)，而且还能给出特定点的误差信息(图5中方框中的信息)。利用反求工程中的这一特殊功能，我们把其中的曲面换成我们设计的理想CAD曲面模型，这时得到的点云与曲面间的误差即为加工出的零件与设计模型间的加工误差。这样也就达到了计算机辅助检测的目的。

图5为最后生成的曲面质量报告。图中中以颜色区分误差大小(正向误差红色最大，反向误差蓝色最大)。方框中包含了指定点沿曲面法向(Nom)、点云方向(Act)在X、Y、Z方向的误差(Delta)、综合误差(3D-Tol)。

六、结论

充分利用反求技术中的三维点坐标信息采集手段和反求软件中点云对齐、曲面质量评定技术，测量零件型面与设计曲面间的误差，可实现机械零件计算机辅助检测。为机械产品的曲面质量检测提供了一条利用反求技术进行计算机辅助检测的技术路线。

参考文献：

[1]单岩等.Imageware逆向造型技术基础[M].北京：清华大学出版社，2006，2.

[2]姜元庆译.UGImageware逆向工程培训教程[M].北京：清华大学出版社，2003，12.

[3]马路科技股份有限公司. Imageware v11逆向工程应用技术与范例.

[4] Imageware 12.1.

(作者单位：湖南省计量检测研究院)