第2章 逆向工程數(shù)據(jù)測(cè)量與處理1

逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用主編陳雪芳第2章逆向工程數(shù)據(jù)測(cè)量與處理2.1數(shù)據(jù)測(cè)量方法

2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

2.2.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成

2.2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理

2.2.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類(lèi)

2.2.4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式

2.2.5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌

2.2.6三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)

2.2.7三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的功能

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

測(cè)量進(jìn)給控制第2章逆向工程數(shù)據(jù)測(cè)量與處理控制系統(tǒng)的通信

2.2.8三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的軟件系統(tǒng)

2.2.9三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

2.3斷層數(shù)據(jù)測(cè)量

2.4測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程

2.4.1概述

2.4.2測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.5VIVID-910型三坐標(biāo)激光掃描儀簡(jiǎn)介

2.5.1結(jié)構(gòu)形式及主要技術(shù)指標(biāo)

2.5.2測(cè)量軟件2.1數(shù)據(jù)測(cè)量方法圖2-1各種測(cè)量方法的分類(lèi)逆向工程軟件：Imageware、Raindrop、GeomagicStudio、Paraform、ICEMSurf、CopyCAD等CAD/CAM系統(tǒng)類(lèi)似模塊，UG—Unigrahics、ProE—Pro/SCAM、Cimatron90—PointCloud等逆向技術(shù)逆向工程背景

接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x非觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x工業(yè)CT測(cè)量機(jī)接觸式測(cè)量數(shù)字化測(cè)量—測(cè)量設(shè)備

非接觸式測(cè)量數(shù)字化測(cè)量—測(cè)量方法比較優(yōu)點(diǎn)接觸式探頭發(fā)展已有幾十年，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，故有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。接觸式測(cè)量探頭直接接觸工作表面，與工件表面的反射特性、顏色及曲率關(guān)系不大。缺點(diǎn)為了確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具，不同形狀的產(chǎn)品可能會(huì)要求不同的夾具，因此導(dǎo)致測(cè)量費(fèi)用較高。球形的探頭易因接觸力造成磨損，為了維持測(cè)量精度，需要經(jīng)常校正探頭的直徑，不當(dāng)?shù)牟僮鬟€會(huì)損壞工件表面和探頭。測(cè)量數(shù)度較慢，對(duì)于工件表面的內(nèi)形檢測(cè)受到觸發(fā)探頭直徑的限制。對(duì)三維曲面的測(cè)量，探頭測(cè)量到的點(diǎn)是探頭的球心位置，欲求得物體真實(shí)外型需要對(duì)探頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償，因而可能引入修正誤差。接觸式測(cè)量數(shù)字化測(cè)量—測(cè)量方法比較優(yōu)點(diǎn)不必作半徑補(bǔ)償，因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)位置就是工件表面的位置。測(cè)量數(shù)度非?？?，不必像接觸式探頭那樣逐點(diǎn)進(jìn)出測(cè)量。軟工件、薄工件、不可接觸的高精密工件可直接測(cè)量。缺點(diǎn)測(cè)量精度較差，因接觸式探頭大多使用光敏位置探測(cè)器來(lái)檢測(cè)光點(diǎn)位置，目前其精度仍不夠，約為20以上。因非接觸式探頭大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件表面反射特性的影響，如顏色、曲率等。非接觸式測(cè)量只做工件輪廓坐標(biāo)點(diǎn)的大量取樣，對(duì)邊線(xiàn)處理、凹孔處理以及不連續(xù)形狀的處理較困難。非接觸式測(cè)量2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高效的精密測(cè)量?jī)x器。它的出現(xiàn)，一方面是由于自動(dòng)機(jī)床、數(shù)控機(jī)床高效率加工以及越來(lái)越多復(fù)雜形狀零件加工需要有快速可靠的測(cè)量設(shè)備與之配套；另一方面是由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及精密加工技術(shù)的發(fā)展為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的產(chǎn)生提供了技術(shù)基礎(chǔ)。2.2.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成(1)機(jī)械系統(tǒng)一般由三個(gè)正交的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成。

(2)電子系統(tǒng)一般由光柵計(jì)數(shù)系統(tǒng)、測(cè)頭信號(hào)接口和計(jì)算機(jī)等組成，用于獲得被測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。(1)機(jī)械系統(tǒng)一般由三個(gè)正交的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成。一般由三個(gè)正交的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成。在圖2-4所示結(jié)構(gòu)中，X向?qū)к壪到y(tǒng)裝在工作臺(tái)上，移動(dòng)橋架橫梁是Y向?qū)к壪到y(tǒng)，Z向?qū)к壪到y(tǒng)裝在中央滑架內(nèi)。三個(gè)方向軸上均裝有光柵尺用以度量各軸位移值。人工驅(qū)動(dòng)的手輪及機(jī)動(dòng)、數(shù)控驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)一般都在各軸附近。用來(lái)觸測(cè)被檢測(cè)零件表面的測(cè)頭裝在Z軸端部。(2)電子系統(tǒng)一般由光柵計(jì)數(shù)系統(tǒng)、測(cè)頭信號(hào)接口和計(jì)算機(jī)等組成，用于獲得被測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖2-4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成(2)電子系統(tǒng)一般由光柵計(jì)數(shù)系統(tǒng)、測(cè)頭信號(hào)接口和計(jì)算機(jī)等組成，用于獲得被測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖2-5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理2.2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是基于坐標(biāo)測(cè)量的通用化數(shù)字測(cè)量設(shè)備。它首先將各被測(cè)幾何元素的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)這些幾何元素上一些點(diǎn)的坐標(biāo)位置的測(cè)量，在測(cè)得這些點(diǎn)的坐標(biāo)位置后，再根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算求出其尺寸和形位誤差。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的這一工作原理使得其具有很大的通用性與柔性。從原理上說(shuō)，它可以測(cè)量任何工件的任何幾何元素的任何參數(shù)。2.2.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類(lèi)(1)數(shù)字顯示及打印型這類(lèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要用于幾何尺寸測(cè)量，可顯示并打印出測(cè)得點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但要獲得所需的幾何尺寸形位誤差，還需進(jìn)行人工運(yùn)算，其技術(shù)水平較低，目前已基本被淘汰。

(2)帶有計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理型這類(lèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)技術(shù)水平略高，目前應(yīng)用較多。

(3)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制型這類(lèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)技術(shù)水平較高，可像數(shù)控機(jī)床一樣，按照編制好的程序自動(dòng)測(cè)量。

(1)小型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這類(lèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向(一般為X軸方向)上的測(cè)量范圍小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的測(cè)量。2.2.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類(lèi)(2)中型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這類(lèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向上的測(cè)量范圍為500～2000mm，是應(yīng)用最多的機(jī)型，主要用于箱體、模具類(lèi)零件的測(cè)量。

(3)大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這類(lèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向上的測(cè)量范圍大于2000mm，主要用于汽車(chē)與發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等大型零件的測(cè)量。

(1)精密型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)其單軸最大測(cè)量不確定度小于1×10-6L(L為最大量程，單位為mm)，空間最大測(cè)量不確定度小于(2~3)×10-6L，一般放在具有恒溫條件的計(jì)量室內(nèi)，用于精密測(cè)量。2.2.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類(lèi)(2)中、低精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)低精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的單軸最大測(cè)量不確定度在1×10-4L左右，空間最大測(cè)量不確定度為(2~3)×10-4L，中等精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的單軸最大測(cè)量不確定度約為1×10-5L，空間最大測(cè)量不確定度為(2~3)×10-5L。2.2.4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式圖2-6三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式2.2.5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌圖2-7三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)氣浮導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)2.2.6三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)1.標(biāo)尺系統(tǒng)

2.測(cè)頭系統(tǒng)1.標(biāo)尺系統(tǒng)標(biāo)尺系統(tǒng)是用來(lái)度量各軸的坐標(biāo)數(shù)值的。目前在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上使用的標(biāo)尺系統(tǒng)種類(lèi)很多，它們與在各種機(jī)床和儀器上使用的標(biāo)尺系統(tǒng)大致相同，按其性質(zhì)可以分為機(jī)械式標(biāo)尺系統(tǒng)（如精密絲杠加微分鼓輪，精密齒條及齒輪，滾動(dòng)直尺）、光學(xué)式標(biāo)尺系統(tǒng)（如光學(xué)讀數(shù)刻線(xiàn)尺，光學(xué)編碼器，光柵，激光干涉儀）和電氣式標(biāo)尺系統(tǒng)（如感應(yīng)同步器，磁柵）。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所使用的標(biāo)尺系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析可知，使用最多的是光柵，其次是感應(yīng)同步器和光學(xué)編碼器。有些高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的標(biāo)尺系統(tǒng)采用的是激光干涉儀。2.測(cè)頭系統(tǒng)圖2-8機(jī)械接觸式測(cè)頭2.測(cè)頭系統(tǒng)圖2-9電氣式動(dòng)態(tài)測(cè)頭2.測(cè)頭系統(tǒng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是用測(cè)頭來(lái)拾取信號(hào)的，因而測(cè)頭的性能直接影響測(cè)量精度和測(cè)量效率，沒(méi)有先進(jìn)的測(cè)頭就無(wú)法充分發(fā)揮測(cè)量機(jī)的功能。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上使用的測(cè)頭，按結(jié)構(gòu)原理可分為機(jī)械式、光學(xué)式和電氣式等；而按測(cè)量方法又可分為接觸式和非接觸式兩類(lèi)(見(jiàn)圖21)。[JP]機(jī)械接觸式測(cè)頭為剛性測(cè)頭，其結(jié)構(gòu)形式如圖28所示。這類(lèi)測(cè)頭的形狀簡(jiǎn)單，制造容易，但是測(cè)量力的大小取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)和技能，因此測(cè)量精度差、效率低。目前除少數(shù)手動(dòng)測(cè)量機(jī)還采用此種測(cè)頭外，絕大多數(shù)測(cè)量機(jī)已不再使用這類(lèi)測(cè)頭。2.測(cè)頭系統(tǒng)圖2-10幾種測(cè)頭的工作狀況2.測(cè)頭系統(tǒng)圖2-11常見(jiàn)的測(cè)端形狀2.測(cè)頭系統(tǒng)圖2-12星形測(cè)頭座結(jié)構(gòu)2.測(cè)頭系統(tǒng)圖2-13二維回轉(zhuǎn)測(cè)頭2.2.7三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的功能控制系統(tǒng)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的關(guān)鍵組成部分之一。其主要功能是：讀取空間坐標(biāo)值，控制測(cè)量瞄準(zhǔn)系統(tǒng)以對(duì)測(cè)頭信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理，控制機(jī)械系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)測(cè)量所必需的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的狀態(tài)以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性等?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.手動(dòng)型與機(jī)動(dòng)型控制系統(tǒng)

2.CNC型控制系統(tǒng)1.手動(dòng)型與機(jī)動(dòng)型控制系統(tǒng)這類(lèi)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉，在車(chē)間中應(yīng)用較廣。這兩類(lèi)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的標(biāo)尺系統(tǒng)通常為光柵，測(cè)頭一般采用觸發(fā)式測(cè)頭。其工作過(guò)程是：每當(dāng)觸發(fā)式測(cè)頭接觸工件時(shí)，測(cè)頭發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)測(cè)頭控制接口向CPU發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)，CPU則執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，實(shí)時(shí)地讀出計(jì)數(shù)接口單元的數(shù)值，計(jì)算出相應(yīng)的空間長(zhǎng)度，形成采樣坐標(biāo)值X、Y和Z，并將其送入采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，供后續(xù)的數(shù)據(jù)處理使用。2.CNC型控制系統(tǒng)CNC型控制系統(tǒng)的測(cè)量進(jìn)給是計(jì)算機(jī)控制的。它可通過(guò)程序?qū)y(cè)量機(jī)各軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制以及對(duì)測(cè)量機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。另外，它也允許通過(guò)操縱桿進(jìn)行手工測(cè)量。CNC型控制系統(tǒng)又可分為集中控制系統(tǒng)與分布控制系統(tǒng)兩類(lèi)。（1）集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)由一個(gè)主CPU實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與坐標(biāo)值的采樣，完成主計(jì)算機(jī)命令的接收、解釋與執(zhí)行、狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)的回送與實(shí)時(shí)顯示、控制命令的鍵盤(pán)輸入及安全監(jiān)測(cè)等任務(wù)。它的運(yùn)動(dòng)控制是由一個(gè)獨(dú)立模塊完成的，該模塊是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成單軸的伺服控制、三軸聯(lián)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。從功能上看，運(yùn)動(dòng)控制CPU既要完成數(shù)字調(diào)節(jié)器的運(yùn)算，又要進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，運(yùn)算量大，其實(shí)時(shí)性與測(cè)量進(jìn)給速度取決于CPU的速度。2.CNC型控制系統(tǒng)（2）分布控制系統(tǒng)分布控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中使用多個(gè)CPU，每個(gè)CPU完成特定的控制，同時(shí)這些CPU協(xié)調(diào)工作，共同完成測(cè)量任務(wù)，因而速度快，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。另外，分布式控制的特點(diǎn)是多CPU并行處理，由于它是單元式的，故維修方便、便于擴(kuò)充。如要增加一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)只需在系統(tǒng)中再擴(kuò)充一個(gè)單軸控制單元，并定義它在總線(xiàn)上的地址和增加相應(yīng)的軟件就可以了。測(cè)量進(jìn)給控制手動(dòng)型以外的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是通過(guò)操縱桿或CNC程序?qū)λ欧妱?dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制，以此來(lái)控制測(cè)頭和測(cè)量工作臺(tái)按設(shè)定的軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量進(jìn)給與數(shù)控機(jī)床的加工進(jìn)給基本相同，但其對(duì)運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及響應(yīng)速度的要求更高。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制包括單軸伺服控制和多軸聯(lián)動(dòng)控制。單軸伺服控制較為簡(jiǎn)單，各軸的運(yùn)動(dòng)控制由各自的單軸伺服控制器完成。但當(dāng)要求測(cè)頭在三維空間按預(yù)定的軌跡相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)時(shí)，則需要CPU控制三軸按一定的算法聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)頭的空間運(yùn)動(dòng)，這樣的控制由上述單軸伺服控制器及插補(bǔ)器共同完成。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)中，插補(bǔ)器由CPU程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)設(shè)定的軌跡，CPU不斷地向三軸伺服控制系統(tǒng)提供坐標(biāo)軸的位置命令，單軸伺服控制器則不斷地跟蹤，從而使測(cè)頭一步一步地從起始點(diǎn)向終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)的通信控制系統(tǒng)的通信包括內(nèi)通信和外通信。內(nèi)通信是指主計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)兩者之間相互傳送命令、參數(shù)、狀態(tài)與數(shù)據(jù)等，這些是通過(guò)連接主計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)的通信總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的。外通信則是指當(dāng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為FMS系統(tǒng)或CIMS系統(tǒng)中的組成部分時(shí)，控制系統(tǒng)與其他設(shè)備間的通信。目前用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通信的主要有串行RS—232標(biāo)準(zhǔn)與并行IEEE—488標(biāo)準(zhǔn)。2.2.8三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的軟件系統(tǒng)1.編程軟件

2.測(cè)量軟件包

3.系統(tǒng)調(diào)試軟件

4.系統(tǒng)工作軟件1.編程軟件為了使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，需要事前編制好相應(yīng)的測(cè)量程序。而這些測(cè)量程序的編制有以下幾種方式。（1）圖示及窗口編程方式圖示及窗口編程是最簡(jiǎn)單的編程方式，它是通過(guò)圖形菜單選擇被測(cè)元素，建立坐標(biāo)系，并通過(guò)“窗口”提示選擇操作過(guò)程及輸入?yún)?shù)，編制測(cè)量程序。該編程方式僅適用于比較簡(jiǎn)單的單項(xiàng)幾何元素測(cè)量的程序編制。（2）自學(xué)習(xí)編程方式這種編程方式是在CNC測(cè)量機(jī)上，由操作者引導(dǎo)測(cè)量過(guò)程，并鍵入相應(yīng)指令，直到完成測(cè)量，而由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄下操作者手動(dòng)操作的過(guò)程及相關(guān)信息，并自動(dòng)生成相應(yīng)的測(cè)量程序，若要重復(fù)測(cè)量同種零件，只需調(diào)用該測(cè)量程序，便可自動(dòng)完成以前記錄的全部測(cè)量過(guò)程。該編程方式適合于批量檢測(cè)，也屬于比較簡(jiǎn)單的編程方式。1.編程軟件（3）脫機(jī)編程方式這種編程方式是采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用測(cè)量機(jī)語(yǔ)言在其他通用計(jì)算機(jī)上預(yù)先編制好測(cè)量程序，它與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的開(kāi)啟無(wú)關(guān)。編制好程序后再到測(cè)量機(jī)上試運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則進(jìn)行修改。其優(yōu)點(diǎn)是能解決很復(fù)雜的測(cè)量工作，缺點(diǎn)是容易出錯(cuò)。（4）自動(dòng)編程方式在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中，通常由CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)生成測(cè)量程序。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一方面讀取由CAD系統(tǒng)生成的設(shè)計(jì)圖樣數(shù)據(jù)文件，自動(dòng)構(gòu)造虛擬工件，另一方面接受由CAM加工出的實(shí)際工件，并根據(jù)虛擬工件自動(dòng)生成測(cè)量路徑，實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)測(cè)量。這一過(guò)程中的測(cè)量程序是完全由系統(tǒng)自動(dòng)生成的。2.測(cè)量軟件包測(cè)量軟件包可含有許多種類(lèi)的數(shù)據(jù)處理程序，以滿(mǎn)足各種工程需要。一般將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件包分為通用測(cè)量軟件包和專(zhuān)用測(cè)量軟件包。通用測(cè)量軟件包主要是指針對(duì)點(diǎn)、線(xiàn)、面、圓、圓柱、圓錐、球等基本幾何元素及其形位誤差、相互關(guān)系進(jìn)行測(cè)量的軟件包。通常三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都配置有這類(lèi)軟件包。專(zhuān)用測(cè)量軟件包是指三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家為了提高對(duì)一些特定測(cè)量對(duì)象進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量效率和測(cè)量精度而開(kāi)發(fā)的各類(lèi)測(cè)量軟件包。如有不少三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)配備有針對(duì)齒輪、凸輪與凸輪軸、螺紋、曲線(xiàn)、曲面等常見(jiàn)零件和表面測(cè)量的專(zhuān)用測(cè)量軟件包。在有的測(cè)量機(jī)中，還配備有測(cè)量汽車(chē)車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等零件的專(zhuān)用測(cè)量軟件包。3.系統(tǒng)調(diào)試軟件1）自檢及故障分析軟件包：用于檢查系統(tǒng)故障并自動(dòng)顯示故障類(lèi)別。2）誤差補(bǔ)償軟件包：用于對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的幾何誤差進(jìn)行檢測(cè)，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作時(shí)，按檢測(cè)結(jié)果對(duì)測(cè)量機(jī)誤差進(jìn)行修正。3）系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別及控制參數(shù)優(yōu)化軟件包：用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)的總調(diào)試，并生成具有優(yōu)化參數(shù)的用戶(hù)運(yùn)行文件。4）精度測(cè)試及驗(yàn)收測(cè)量軟件包：用于按驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量檢具。4.系統(tǒng)工作軟件測(cè)量軟件系統(tǒng)必須配置一些屬于協(xié)調(diào)和輔助性質(zhì)的工作軟件，其中有些是必備的，有些用于擴(kuò)充功能。1）測(cè)頭管理軟件。用于測(cè)頭校準(zhǔn)、測(cè)頭旋轉(zhuǎn)控制等。2）數(shù)控運(yùn)行軟件。用于測(cè)頭運(yùn)動(dòng)控制。3）系統(tǒng)監(jiān)控軟件。用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控（如監(jiān)控電源、氣源等）。4）編譯系統(tǒng)軟件。用于程序編譯，生成運(yùn)行目標(biāo)碼。5）DMIS接口軟件。用于翻譯DMIS格式文件。6）數(shù)據(jù)文件管理軟件。用于各類(lèi)文件管理。7）聯(lián)網(wǎng)通信軟件。用于與其他計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向或單向通信。2.2.9三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)1.高精度化

2.自動(dòng)化(計(jì)算機(jī)數(shù)控化)

3.非接觸測(cè)量

4.采用新材料，運(yùn)用新技術(shù)

5.測(cè)量機(jī)軟件

6.使用現(xiàn)場(chǎng)化

7.成為制造系統(tǒng)的組成部分1.高精度化三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自開(kāi)發(fā)以來(lái)，一直要求具有高精度，當(dāng)前隨著加工精度的顯著提高，這種要求更趨強(qiáng)烈。要提高精度有許多問(wèn)題需要解決，其中最重要的是機(jī)械主體的基本結(jié)構(gòu)問(wèn)題。當(dāng)前三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)仍是由三相正交的三軸組成笛卡兒坐標(biāo)系的模式。與多軸自動(dòng)化機(jī)床相似，正確地選擇測(cè)量機(jī)工體的形式(立式或臥式)是十分重要的。一般來(lái)說(shuō)，在測(cè)量小型工件時(shí)，采用高柔性臥式主軸最為有利。為實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)量精度，在中等規(guī)格尺寸測(cè)量機(jī)領(lǐng)域中，國(guó)外最新的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)均采用了單一的橋式構(gòu)造。但橋式構(gòu)造的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)在橋固定式和橋移動(dòng)式之間。2.自動(dòng)化(計(jì)算機(jī)數(shù)控化)從最近國(guó)外推出的產(chǎn)品來(lái)看，測(cè)量機(jī)數(shù)控系統(tǒng)有明顯的兩極發(fā)展趨勢(shì)：高檔型和廉價(jià)型。高檔型測(cè)量機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是傳統(tǒng)知名的測(cè)量機(jī)廠(chǎng)商的產(chǎn)品，他們以?xún)r(jià)格較高的機(jī)型供給大型企業(yè)，這些企業(yè)具有較高的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平，廉價(jià)型系統(tǒng)是日本和英國(guó)某些公司的產(chǎn)品，大都采用DCC(DirectlyComputerControl)技術(shù)，以求降低成本，同時(shí)滿(mǎn)足使用要求。另外，計(jì)算機(jī)數(shù)控化的目的并不單純是為了利用外圍設(shè)備和軟件來(lái)節(jié)約人力，而是要通過(guò)使用仿形測(cè)頭的連續(xù)仿形測(cè)量，應(yīng)用于評(píng)定曲面形狀、排除人員誤差的高精度測(cè)量。3.非接觸測(cè)量探測(cè)技術(shù)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中占有重要位置。從原理上說(shuō)只要測(cè)頭能探及，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)就能測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量效率也首先取決于探測(cè)速度。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了機(jī)械本體外，測(cè)頭是測(cè)量機(jī)達(dá)到高精度的關(guān)鍵，也是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的核心，與其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)相比，提高測(cè)頭的性能指標(biāo)難度最大。如由OPTON和LETTZ公司開(kāi)發(fā)的實(shí)用高精度測(cè)頭——三維電感測(cè)頭取得專(zhuān)利已有近20年歷史，但至今改進(jìn)不大。由于非接觸測(cè)頭具有許多優(yōu)點(diǎn)，探測(cè)技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)重要趨勢(shì)是，非接觸測(cè)頭將得到廣泛的應(yīng)用。十分重要的是，在微電子工業(yè)中有許多二維圖案，如大規(guī)模集成電路掩模，它們是用接觸測(cè)頭無(wú)法測(cè)量的。近年來(lái)國(guó)外光學(xué)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)發(fā)展十分迅速，光學(xué)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的核心就是非接觸測(cè)量。4.采用新材料，運(yùn)用新技術(shù)近年來(lái)，鋁合金、陶瓷材料以及各種合金材料在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。鋁合金特別適合于制作高速運(yùn)行的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。鋁合金導(dǎo)熱好，不易產(chǎn)生變形。盡管它的膨脹系數(shù)較大，但簡(jiǎn)單熱變形比較容易補(bǔ)償。它耐磨性差，可在其表面涂覆一層耐磨的陶瓷材料。為了克服陶瓷導(dǎo)熱性能差、難以加工的缺點(diǎn)，各種人工合成陶瓷正處在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人工合成陶瓷可以按需要做成各種所需形狀，還可以通過(guò)適當(dāng)?shù)牟牧显O(shè)計(jì)，使它具有所需的性能。一些材料將在制作一些有特殊要求的測(cè)量機(jī)部件中得到應(yīng)用，例如，高精度的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中，采用零膨脹系數(shù)的微晶玻璃制作一些關(guān)鍵部件，利用膨脹系數(shù)小、具有高的彈性模量與密度小的碳化纖維制作探針與接長(zhǎng)桿等。其他一些新技術(shù)，例如磁懸浮技術(shù)也在測(cè)量機(jī)及其測(cè)頭中獲得應(yīng)用。5.測(cè)量機(jī)軟件1）能進(jìn)行自動(dòng)編程。2）按測(cè)量任務(wù)對(duì)測(cè)量機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。3）在測(cè)量前對(duì)測(cè)量不確定度作出評(píng)定，并按此確定采樣策略與測(cè)量速度。4）故障自動(dòng)診斷。5）CAD文件特征識(shí)別。6.使用現(xiàn)場(chǎng)化迄今為止，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)只是在某種特定的環(huán)境條件下使用，但是隨著其有效性廣泛為人們所認(rèn)識(shí)，將會(huì)越來(lái)越多地被要求在加工現(xiàn)場(chǎng)使用，或作為在線(xiàn)測(cè)量設(shè)備使用。這里還存在不少需待解決的問(wèn)題，例如直接與精度有關(guān)的溫度和振動(dòng)等問(wèn)題，對(duì)粉塵或切削油的處置方法，自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)拍的高速化等。目前各生產(chǎn)廠(chǎng)家正在投入力量進(jìn)行研制，已有帶防塵結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。7.成為制造系統(tǒng)的組成部分從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)正逐漸成為機(jī)械制造業(yè)的主導(dǎo)檢測(cè)設(shè)備，將越來(lái)越多地用于生產(chǎn)線(xiàn)，成為制造系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。沒(méi)有其他任何測(cè)量?jī)x器，具有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這樣的柔性、萬(wàn)能性。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能在計(jì)算機(jī)控制下完成各種復(fù)雜測(cè)量，能與加工機(jī)床交換信息，完成保證質(zhì)量、控制加工的任務(wù)；還能根據(jù)測(cè)試結(jié)果，構(gòu)成CAD、CAM軟件，實(shí)現(xiàn)逆向工程。2.3斷層數(shù)據(jù)測(cè)量1.CT測(cè)量法

2.MRI測(cè)量法

3.超聲波測(cè)量法

4.層去掃描法1.CT測(cè)量法計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)最具代表的產(chǎn)品是基于X射線(xiàn)的CT掃描機(jī)，它以測(cè)量物體對(duì)X射線(xiàn)的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)方法經(jīng)過(guò)電子計(jì)算機(jī)處理而重建斷層圖像。這種方法最早用于醫(yī)學(xué)上，目前開(kāi)始用于工業(yè)領(lǐng)域，形成工業(yè)CT（ICT）掃描機(jī)，特別是針對(duì)中空物體的無(wú)損檢測(cè)。這種方法是目前最先進(jìn)的非接觸測(cè)量方法，它可對(duì)物體的內(nèi)部形狀，壁厚，尤其是內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。但是它的空間分辨率較低，獲得數(shù)據(jù)需要較長(zhǎng)的積分時(shí)間，重建圖像計(jì)算量大，造價(jià)高。CT掃描機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括兩大部分：X射線(xiàn)體層掃描裝置和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。前者主要由產(chǎn)生X射線(xiàn)束的發(fā)生器和球管，以及接收和檢測(cè)X射線(xiàn)的探測(cè)器組成；后者主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、中央處理系統(tǒng)、磁帶機(jī)、操作臺(tái)等。此外，CT掃描機(jī)還應(yīng)包括圖像顯示器、多幅照相機(jī)等輔助設(shè)備。電子計(jì)算機(jī)斷層掃描，它是利用精確準(zhǔn)直的X線(xiàn)束與靈敏度極高的探測(cè)器一同圍繞人體的某一部位作一個(gè)接一個(gè)的斷面掃描，每次掃描過(guò)程中由探測(cè)器接收穿過(guò)人體后的衰減X線(xiàn)信息，再由快速模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后輸入電子計(jì)算機(jī)，經(jīng)電子計(jì)算機(jī)高速計(jì)算，得出該層面各點(diǎn)的X線(xiàn)吸收系數(shù)值，用這些數(shù)據(jù)組成圖像的矩陣。再經(jīng)圖像顯示器將不同的數(shù)據(jù)用不同的灰度等級(jí)顯示出來(lái)，這樣該斷面的解剖結(jié)構(gòu)就可以清晰的顯示在監(jiān)視器上，也可利用多幅相機(jī)或激光相機(jī)把圖像記錄在照片上自從X射線(xiàn)發(fā)現(xiàn)后，醫(yī)學(xué)上就開(kāi)始用它來(lái)探測(cè)人體疾病。1963年，美國(guó)物理學(xué)家科馬克發(fā)現(xiàn)人體不同的組織對(duì)X線(xiàn)的透過(guò)率有所不同，在研究中還得出了一些有關(guān)的計(jì)算公式，這些公式為后來(lái)CT的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)1967年，英國(guó)電子工程師亨斯菲爾德(Hounsfield)在并不知道科馬克研究成果的情況下，也開(kāi)始了研制一種新技術(shù)的工作。首先研究了模式的識(shí)別，然后制作了一臺(tái)能加強(qiáng)X射線(xiàn)放射源的簡(jiǎn)單的掃描裝置，即后來(lái)的CT，用于對(duì)人的頭部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性?huà)呙铚y(cè)量。后來(lái)，他又用這種裝置去測(cè)量全身，獲得了同樣的效果1972年4月，亨斯菲爾德在英國(guó)放射學(xué)年會(huì)上首次公布了這一結(jié)果，正式宣告了CT的誕生。這一消息引起科技界的極大震動(dòng)，CT的研制成功被譽(yù)為自倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)以后，放射診斷學(xué)上最重要的成就。因此，亨斯菲爾德和科馬克共同獲取1979年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

發(fā)明史早期的工業(yè)檢測(cè)，曾直接利用醫(yī)用CT設(shè)備進(jìn)行，但實(shí)踐證明醫(yī)用CT設(shè)備不適用于檢測(cè)大尺寸高密度物體。20世紀(jì)80年代，美國(guó)軍方首先進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究制造檢測(cè)大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的CT設(shè)備，目前工業(yè)CT研究已成為研究熱點(diǎn)。目前，工業(yè)CT設(shè)備已在航空航天、軍事工業(yè)、核能、電子、考古等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。我國(guó)也從20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究CT技術(shù)，清華大學(xué)、中科院高能所已研制出γ射線(xiàn)源工業(yè)CT設(shè)備工業(yè)CT設(shè)備和醫(yī)用CT設(shè)備的主要差別功能：工業(yè)CT設(shè)備用于檢測(cè)高密度和大尺寸物體，應(yīng)用高能量射線(xiàn)源，需要更高的系統(tǒng)分辨力等。結(jié)構(gòu)：醫(yī)用CT設(shè)備都是保持病人靜止，因而都有相當(dāng)龐大的裝有復(fù)雜機(jī)電設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件。工業(yè)CT設(shè)備都是使射線(xiàn)源及探測(cè)系統(tǒng)保持靜止或少量運(yùn)動(dòng)，由被測(cè)工件作必要的掃描運(yùn)動(dòng)，但由于工業(yè)檢測(cè)往往精度要求高，樣品掃描工作臺(tái)仍是十分精密的關(guān)鍵部件。CT優(yōu)點(diǎn)首先，計(jì)算機(jī)斷層掃描為我們提供被測(cè)物品的完整三維信息；第二，由于電腦斷層的高分辨率，不同物體對(duì)射線(xiàn)的吸收和透過(guò)率不同，即使是小于1%的密度差異也可以區(qū)分出來(lái)；第三，由于斷層成像技術(shù)提供三維圖像，依需要不同，可以看到軸切面，冠狀面，矢切面的影像。除此之外，任意切面的圖像均可通過(guò)插值技術(shù)產(chǎn)生。這給醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)檢測(cè)和科研帶來(lái)了極大的便利CT主要的危害來(lái)自于射線(xiàn)源，高能射線(xiàn)源能對(duì)人體組織及環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，即使是醫(yī)用的X射線(xiàn)CT，多次的累積使用，X射線(xiàn)依然會(huì)對(duì)患者被照組織產(chǎn)生一定的影響

CT的主要用途1.醫(yī)學(xué)檢測(cè)：自從CT被發(fā)明后，CT已經(jīng)變成一個(gè)醫(yī)學(xué)影像重要的工具，雖然價(jià)格昂貴，醫(yī)用X-CT至今依然是診斷多種疾病的黃金準(zhǔn)則2.工業(yè)檢測(cè)：CT在無(wú)損檢測(cè)和逆向工程中發(fā)揮重大的作用3.安保檢測(cè)4.航空運(yùn)輸、運(yùn)輸港灣，大型貨物集裝箱案件裝置

工業(yè)CT設(shè)備原理圖工業(yè)CT設(shè)備測(cè)量實(shí)例—不同葉片的3D-CT層析斷層

自主研發(fā)的高解析度3D-CT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同葉片的3D-CT層析斷層

測(cè)量實(shí)例—基于雙目視覺(jué)的三維數(shù)據(jù)獲取自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)掃描系統(tǒng)蒙皮模具（長(zhǎng)5m）共采集數(shù)據(jù)點(diǎn)341212個(gè)

成型面點(diǎn)云圖應(yīng)用CT掃描技術(shù)可以測(cè)量物體表面、內(nèi)部和隱藏的結(jié)構(gòu)特征。掃描儀器可以作為三維數(shù)字化儀器應(yīng)用于逆向工程，為一次性獲得物理實(shí)體的內(nèi)外部幾何特征信息提供自動(dòng)化和快速的解決方案。2.MRI測(cè)量法磁共振成像術(shù)（MRI）也稱(chēng)為核磁共振，英文縮寫(xiě)為MRI，該技術(shù)是20世紀(jì)70年代末以后發(fā)展的十種新式醫(yī)療診斷影像技術(shù)之一，其理論基礎(chǔ)是核物理學(xué)的磁共振理論。和X-CT掃描一樣，MRI可以提供人體的斷層的影像，其基本原理是用磁場(chǎng)來(lái)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(dòng)態(tài)過(guò)程中自動(dòng)恢復(fù)到靜態(tài)場(chǎng)的平衡時(shí)，把吸收的能量發(fā)射出來(lái)，然后利用線(xiàn)圈來(lái)檢測(cè)這種信號(hào)。信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換在屏幕上顯示圖像。MRI提供的信息量不但大于醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的其他許多成像術(shù)，而且不同于已有的成像術(shù)，它能深入物體內(nèi)部且不破壞物體，對(duì)生物沒(méi)有損害，在醫(yī)療上具有廣泛應(yīng)用。但這種方法造價(jià)高，空間分辨率不及CT，且目前對(duì)非生物材料不適用。磁共振成像自20世紀(jì)80年代初臨床應(yīng)用以來(lái)，發(fā)展迅速，這種技術(shù)目前正在蓬勃發(fā)展中。和X-CT一樣，MRI提供的影像中的像素是用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的。兩者區(qū)別：在X-CT掃描中，每個(gè)像素的數(shù)值反映人體組織中對(duì)應(yīng)體積元的X射線(xiàn)衰減值。在MRI掃描中，提供的影像中的每個(gè)像素的數(shù)值反映人體組織中對(duì)應(yīng)體積元中產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的強(qiáng)度。醫(yī)用MRI設(shè)備3.超聲波測(cè)量法超聲波測(cè)量法的原理：當(dāng)超聲波脈沖到達(dá)被測(cè)物體時(shí)，在被測(cè)物體的兩種介質(zhì)變界表面會(huì)發(fā)生回波反射，通過(guò)測(cè)量回波與零點(diǎn)脈沖的時(shí)間間隔，即可計(jì)算出各面到零點(diǎn)的距離。這種方法相對(duì)CT和MRI而言，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低，但測(cè)量速度較慢，且測(cè)量精度不穩(wěn)定。目前主要用于物體的無(wú)損檢測(cè)和壁厚測(cè)量。4.層去掃描法以上三種方法為非破壞性測(cè)量方法，但這些測(cè)量方法設(shè)備造價(jià)昂貴，近來(lái)發(fā)展了層去掃描法用于測(cè)量物體截面輪廓的幾何尺寸。其工作過(guò)程為：將待測(cè)零件用專(zhuān)用樹(shù)脂材料(填充石墨粉或顏料)完全封裝，待樹(shù)脂固化后，把它裝夾到銑床上，進(jìn)行微進(jìn)給量平面銑削，結(jié)果得到包含有零件與樹(shù)脂材料的截面，然后由數(shù)控銑床控制工作臺(tái)移動(dòng)到CCD攝像機(jī)下，位置傳感器向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，計(jì)算機(jī)收到信號(hào)后，觸發(fā)圖像采集系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)對(duì)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。4.層去掃描法通過(guò)物像坐標(biāo)關(guān)系的標(biāo)定，并對(duì)此輪廓圖像進(jìn)行邊界跟蹤，便可獲得物體該截面上各輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)值。每次圖像攝取與處理完成后，再使用數(shù)控銑床把待測(cè)物銑去很薄的一層(如0.1mm)，又得到一個(gè)新的橫截面，并完成前述的操作過(guò)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)。層去掃描法可對(duì)有孔及內(nèi)腔的物體進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度高，并可得到完整的數(shù)據(jù)，不足之處是這種測(cè)量是破壞性的。在國(guó)外，美國(guó)CGI公司已生產(chǎn)出了層去掃描測(cè)量機(jī)，在國(guó)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，研制成功了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的層析式三維數(shù)字化測(cè)量機(jī)(CMS系列)。2.4測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程2.4.1概述數(shù)據(jù)測(cè)量存在問(wèn)題：1)由于測(cè)量系統(tǒng)的多樣性，其輸出的數(shù)據(jù)格式不一致，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化處理。

2)幾乎所有的測(cè)量方式、測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量過(guò)程中都不可避免地存在誤差，使測(cè)量數(shù)據(jù)失真。

3)多視測(cè)量數(shù)據(jù)的定位問(wèn)題。

4)對(duì)接觸式的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，測(cè)量得到的數(shù)據(jù)是測(cè)頭球頭軌跡的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行測(cè)頭半徑的補(bǔ)償。

5)對(duì)激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)，得到的是海量的數(shù)據(jù)“點(diǎn)云”，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化。

6)數(shù)據(jù)分割。因此在模型重建之前，需對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，目的是獲得完整、正確的測(cè)量數(shù)據(jù)方便后續(xù)的造型工作。2.4.2測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理的主要工作：1.格式轉(zhuǎn)化

2.數(shù)據(jù)過(guò)濾及平滑

3.多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位

4.球頭半徑補(bǔ)償

5.數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)

6.數(shù)據(jù)分割1.格式轉(zhuǎn)化每一個(gè)CAD系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)文件格式與每個(gè)CAD系統(tǒng)自己的內(nèi)部數(shù)據(jù)模式密切相關(guān)。目前市場(chǎng)上流行的CAD/CAM系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式各不相同，這極大地影響了設(shè)計(jì)和制造各部門(mén)之間或企業(yè)與企業(yè)之間的數(shù)據(jù)傳輸和程序銜接的自動(dòng)化，同樣也給三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和CAD/CAM系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信帶來(lái)困難，因此迫切需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換文件格式的標(biāo)準(zhǔn)化。目前已制定了幾個(gè)主要數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如IGES格式、STEP格式等，還有一種格式盡管不是標(biāo)準(zhǔn)，但由于CAD系統(tǒng)的使用者眾多，形成了事實(shí)上的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最為典型的是AutoCAD的DXF圖形數(shù)據(jù)交換文件。除此之外，為方便不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，一些商品化的CAD/CAM系統(tǒng)都備有多個(gè)數(shù)據(jù)交換接口，如UGII系統(tǒng)就具有IGES、STEP、DXF、SET等多種輸入、輸出轉(zhuǎn)換格式。1.格式轉(zhuǎn)化由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)得到的數(shù)據(jù)主要是物體表面的坐標(biāo)點(diǎn)，數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單，一般存放為VTK、STL等格式。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，通常將其轉(zhuǎn)化為IGES格式。因?yàn)镮GES格式較簡(jiǎn)單，且?guī)缀跛袊?guó)際上知名的CAD系統(tǒng)都配置了IGES接口，是CAD/CAM系統(tǒng)之間圖形信息交換的一種規(guī)范。因此，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和CAD/CAM系統(tǒng)之間以IGES格式傳輸數(shù)據(jù)成為了標(biāo)準(zhǔn)的選擇和配置。2.數(shù)據(jù)過(guò)濾及平滑由于在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中受到各種人為或隨機(jī)因素的影響，使得測(cè)量結(jié)果包含噪聲。為了降低或消除噪聲對(duì)后序建模質(zhì)量的影響，以得到精確的模型和好的特征提取效果，有必要對(duì)測(cè)量點(diǎn)云進(jìn)行濾波和平滑。濾波通常采用標(biāo)準(zhǔn)Gaussian濾波算法、平均濾波算法或中值濾波算法。實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)“點(diǎn)云”質(zhì)量和后序建模要求靈活選擇濾波算法。也可以采取直接刪除法，即在不同的視角觀(guān)察測(cè)量數(shù)據(jù)，選擇點(diǎn)，直接刪除。采用平滑法處理方法，應(yīng)力求保持待求參數(shù)所能提供的信息不變。數(shù)據(jù)平滑處理方法有：平均法、五點(diǎn)三次平滑法和樣條函數(shù)法。要求處理后的數(shù)據(jù)要較前平滑，同時(shí)要求前后兩組數(shù)據(jù)的“偏離”也不能過(guò)大。3.多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位在逆向工程的實(shí)際過(guò)程中，對(duì)實(shí)物樣件實(shí)行數(shù)字化測(cè)量時(shí)，往往不能在同一坐標(biāo)系下將產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)一次測(cè)出，其原因一是產(chǎn)品的尺寸超出測(cè)量機(jī)的行程，二是測(cè)頭受被測(cè)實(shí)物幾何形狀的干涉阻礙以及不能觸及產(chǎn)品的反面，這時(shí)就需要在不同的定位狀態(tài)下測(cè)量產(chǎn)品的各個(gè)部分。通常為處理方便，將不同情況下測(cè)量的數(shù)據(jù)稱(chēng)為多視數(shù)據(jù)或點(diǎn)云。由于在幾何模型構(gòu)建時(shí)必須將這些不同坐標(biāo)系下的多視數(shù)據(jù)變換或統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系中，這個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程稱(chēng)為多視數(shù)據(jù)的對(duì)齊，或數(shù)據(jù)拼合，重定位。4.球頭半徑補(bǔ)償圖2-14測(cè)頭和曲面的接觸情形采用接觸式測(cè)頭測(cè)量時(shí)，所得到的數(shù)據(jù)并不是實(shí)體表面的坐標(biāo)，而是測(cè)頭球心的坐標(biāo)，通常側(cè)頭的半徑在0.25-1.5mm之間，如果忽略測(cè)頭半徑，就會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)補(bǔ)償誤差。分為實(shí)時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償和事后數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償。5.數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)對(duì)于高密度“點(diǎn)云”，由于存在大量的冗余數(shù)據(jù)，有時(shí)需要按照一定要求減少測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量。不同類(lèi)型的“點(diǎn)云”可采用不同的精簡(jiǎn)方式。散亂“點(diǎn)云”可通過(guò)隨機(jī)采樣的方法來(lái)精簡(jiǎn)；對(duì)于掃描線(xiàn)“點(diǎn)云”和多邊形“點(diǎn)云”可采用等間距縮減、倍率縮減、等量縮減、弦偏差等方法；網(wǎng)格化“點(diǎn)云”可采用等分布密度法和最小包圍區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)縮減。數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)操作只是簡(jiǎn)單地對(duì)原始“點(diǎn)云”中的點(diǎn)進(jìn)行了刪減，不產(chǎn)生新點(diǎn)。測(cè)量數(shù)據(jù)（24500個(gè)）處理后的數(shù)據(jù)（4607個(gè)）測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理—數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)實(shí)例

精簡(jiǎn)原則：精簡(jiǎn)距離為2mm，精簡(jiǎn)后的點(diǎn)云在空間分布均勻，適合數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。6.數(shù)據(jù)分割在造型之前要進(jìn)行的一個(gè)重要工作是數(shù)據(jù)分割。數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面類(lèi)型，將屬于同