零件轮廓表面检测与三维重构技术的研究
徐
慧
１
，
张金龙
１
，
刘京南
２
，
内田敬久
３
（１.
南京师范大学 电气与自动化工程学院
，
江苏 南京
２１００４２；
２.
东南大学 自动化学院
，
江苏 南京
２１００９６；
３.
日本爱知工业大学 智能机械工学科
，
丰田市
４７０－０３９２）
［
摘要
］
基于零件实物样件的几何模型反求技术已成为
ＣＡＤ／ＣＡＭ
领域的研究热点之一
，
现提出一种基于面结构光投影法
的复杂零件轮廓表面检 测与三维重构技术
.
此技术通过向被测物体表面投射条纹光栅
，
得到包含物体表面形状的畸变条纹
，
畸
变条纹图像由
ＣＣＤ
拍摄并传送至计算机
，
通过对畸变条纹图像的分析处理
，
得到被测物体表面的三维外形数据信息
.
根据检测
得到的三维点云数据的特点
，
用基于曲率抽样的拓扑矩形阵列进行了
ＮＵＲＢＳ
曲面拟合
.
实验结果表明基于面结构光投影法的
重构系统具有检测准确
、
快捷
、
非接触等特点
，
且能对复杂零件外形进行有效检测与三维重构
.
［
关键词
］
逆向工程
，
结构光
，
形状检测
，
三维重构
［
中图分类号
］ＴＨ１６５ ［
文献标志码
］Ａ ［
文章编号
］１６７２１２９２（２０１１）０２００２６０５
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＰａｒｔＳｕｒｆａｃｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄ３ＤＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ＸｕＨｕｉ
１
，ＺｈａｎｇＪｉｎｌｏｎｇ
１
，ＬｉｕＪｉｎｇｎａｎ
２
，ＵＣＨＩＤＡＹｏｓｈｉｈｉｓａ
３
（１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４２，Ｃｈｉｎａ；
２.ＡｕｏｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ；
３.ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｉｃｈｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｏｙｏｄａ４７０－０３９２，Ｊａｐａｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｐａｔｅｘｅｍｐｌａｒｈａｓｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｅｓｉｎ
ＣＡＤ／ＣＡＭ ｆｉｅｌｄ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆ３Ｄｓｈａｐｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｕｒｆａｃｅ.Ｔｈｅ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｄｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍｅｄｇｒａｔｉｎｇｐａｔｔｅｒｎａｐｐｅａｒｓｗｈｅｎ
ｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｇｒａｔｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｉｓｐｒｏｊｅｃｔｅｄｏｎｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎ.Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍｅｄｇｒａｔｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｉｍａｇｅｃｏｎｔａｉｎｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａ
ｂｏｕｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｏｆ３Ｄｏｂｊｅｃｔ.ＴｈｅｄｅｆｏｒｍｅｄｇｒａｔｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｉｓｉｎｐｕｔｉｎｔｏａｃｏｍｐｕｔｅｒｂｙＣＣＤｃａｍｅｒａａｎｄｐｒｏ
ｃｅｓｓｅｄｂｙａｓｅｒｉｅｓｏｆｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｓｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｓｕｒｆａｃｅｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｏｂｊｅｃｔ.Ａｃｃｏｒｄ
ｉｎｇｔｏ３Ｄｓｈａｐｅｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａ，ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｒａｔｉｏｎａｌｂｓｐｌｉｎｅ（ＮＵＲＢＳ）ｓｕｒｆａｃｅｆｉｔｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎａｎｅｘｔｒａｃｔｅｄｔｏｐｏｌｏｇｙ
ａｒｒａｙｉｓｍａｄｅ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅ３Ｄｓｈａｐｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍ
ｐｌｅｘｓｕｒｆａｃｅ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｓｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔ，ｓｈａｐｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
收稿日期
：２０１０１１２１.
基金项目
：
国家
“８６３”
计划项目
（２００５ＡＡ３０３６１０）、
江苏省自然科学基金项目
（ＢＫ２００９４０６）.
通讯联系人
：
张金龙
，
博士
，
副教授
，
研究方向
：
超精密定位技术
.Ｅｍａｉｌ：ＺＪＬ０３１０＠１６３.ｃｏｍ
逆向工程
，
是指从实物上采集大量的三维坐标点
，
并由此建立该物体的几何模型
，
进而开发出同类产
品的先进技术
.
复杂曲面的逆向工程是逆向工程的难点之一
，
它是根据曲面的测量规划
，
对曲面进行数字
化扫描检测
，
再将数字点云进行曲面重构生成
ＣＡＤ
模型
，
它在农业机械的犁体曲面
、
旋耕刀曲面
、
叶片曲
面等设计和制造业中有着广泛的应用前景
［１４］
.
如何高效率
、
高精度地将零件进行数字化
，
如何有效地依据
零件表面的数字化结果实现曲面重构是其关键问 题
.
零件表面检测技术的发展经历了从人力检测
、
人工检
测
、
电检测到计算机辅助检测的阶段
.
长期以来
，
因为制造水平的限制和工艺的不发达
，
通用量具和专用检
验用具存在诸多弊端
，
不能精确检验被测零件的某些关键部位
.
本文提出了一种通过采用结构光投影方式
实现对物体形状三维检测和物象重建的方法
，
该方法通过运用结构光投影和计算机图像技术
，
从被物体
—６２—
第
１１
卷第
２
期
２０１１
年
６
月
南京师范大学学报
（
工程技术版
）
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＥＤＩＴＩＯＮ）
Ｖｏｌ.１１Ｎｏ.２
Ｊｕｎ，２０１１
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