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[摘要]逆向工程是设计下游向设计上游反馈信息的渠道，是工程测量技术计算机软硬件技术的综合。随着工业的发展，逆向工程测量技术已经逐渐得到越来越广泛的应用。本文对逆向工程测量数据获取技术及系统软、硬件控制进行探讨。
[关键词]逆向工程 测量 技术
[中图分类号] P258 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-3-100-1
1逆向工程测量数据获取技术
1.1接触式测量
主要是依靠物理接触所测物品来实现数据的采集工作，三坐标测量机是应用较普遍的设备。其常用的扫描方式从小到大依次是点、线、面扫描，需根据具体情况而做出适当选择。检测点样本的分布和大小的制定需遵循一定的原则，如精度一定要达到规范要求。为缩短检测时间，尽量选择较小的样本。
三坐标测量机能够将样件的表面数据化，在测量的过程中，应注意探头的补偿。测量必然会存在不同程度的误差，在数据采集后，应对其仔细处理，去除坏点、保持数据的平滑、补齐测量盲区的数据等，处理完毕后才能够重构曲面。在测软质物时，精确度往往不能保证、测量数据的密度较低，且测量中需要人工进行干预。还需对测量结果进行探头损伤及半径补偿，对逆向工程的发展形成了障碍。
1.2非接触式测量
（1）激光线结构光扫描测量技术
激光线结构光扫描测量技术是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码工程测量技术，亦称为光切法，通过将一线状激光束投射到三维物体上，利用CCD摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标。每个测量周期可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。
（2）投影光栅测量技术
投影光栅测量技术通常采用普通白光将正弦光栅或矩形光栅投影于被测物面上，根据CCD摄取变形光栅图像，根据变形光栅图像中条纹像素的灰度值变化，可解算出被测物面的空间坐标，这类测量方法具有很高的测量速度和较高的精度。根据形变、高度关系的描述方法的不同，光栅测量可分为两类：直接三角法和相位测量法。直接三角法原理简单、速度快，不易受被测工程物面不连续等干扰的影响，但是其测量精度不高，不能实现全场测量：而相位测量法测量精度相对较高。
（3）计算机断层扫描技术
计算机断层扫描技术是以测量物体对X射线的衰减系数为基础，用数学方法经过计算机处理而重建断层图像。对中空物体的无损三维测量，这种方法可对被测工程的内部形状、壁厚、材料，尤其是内部构造进行测量，该方法同样能够获得被测工程内表面数据，且不破坏工程结构。但它存在测量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大等缺点。
（4）立体视觉测量技术
此技术是根据同一个三维空间点在不同空间位置的多个摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。立体视觉测量方法可以对处于多个摄像机共同视野内的目标特征点进行测量，而无须伺服机等扫描装置。立体视觉测量面临的最大困难是空间特征点在多幅数字图像中提取与匹配的精度与准确性等问题。近来出现了将具有空间编码的结构光投射到被测工程表面，制造测量特征的方法有效解决了测量特征提取和匹配的问题。
2实际施工中的测量技术
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中的一种方式。此方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标，再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据，从而获取得到整体测量数据。这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性，又消除了数据拼接时的累积误差。
在实际测量中，测量方法的选用需根据被测物体的形状特征和应用目的决定。作为三坐标测量机在逆向工程应用中发展成为实物外形数字化的主要设备，但存在测量速度慢，需要进行测头半径补偿。由于测球总是有一定的半径r，测量点连线为平面曲线，所以应对测量数据进行测头补偿，并可以用一定的解析函数表示。采用一种二维自动补偿方法，简化了补偿计算，测量软件将自动从接触点沿着测量逼近方向回退一个测头半径值，CMM测量程序都具有实时补偿功能；另外，三点共圆法补偿假设在曲线、曲面上测得n个点，先测量被测表面，得到测头中心的数据，当3点连续的曲线段很小时，可用作图的方法，求得包络线来得到实际曲线。
对一些由规则形状组成的表面的测量，核心根据测量点集信息计算接触点法矢，确定被测轮廓各点的法矢，用建模的方法得到一个近似的解析表达式，采用微平面法补偿，计算简单，精度可靠。要注意，测头半径补偿需沿三维曲面的法向进行；对自由曲线、曲面进行测量时，对自由曲线、曲面进行测量时，采用等间距测量是简单易行的测量方法，实现自由曲线离散数据最小逼近误差数学模型，曲率越大测点越密，反之测点越疏，针对建立的自由曲线拟合数学模型，反映待测曲线曲面的几何形状信息，参考等弦高法的非等间距测量方法，实现测点的自适应分布，完成对CAD 模型未知的自由曲线测量，可大大提高测量精度。
3系统软、硬件控制
控制系统主要是完成测量数据读入，探测瞄准信号的处理，以及与主计算机的通信等。测头系统是坐标测量机的探测瞄准系统，坐标测量机在三个方向作正交直线运动，直线和圆弧是构成空间曲线的基本要素。
自由曲面的测量通常是在截面上进行，点位测量是由人工操作或由计算机控制，理想的探测方式是按测得的前二点坐标算出物体轮廓的法线方向；连续扫描探测是测头沿被测物体表面按照预先确定的速率运动，而扫描测量精度一般低于点位测量的精度，这种方式中摩擦力较小，并自动获取测量数据的一种测量模式。测量未知曲面还可以采用自学习的方法，根据测量机的原理特点，合理布置测点，计算机测量系统即可自动生成测量路径程序，优化测量路径，调用已生成的程序事项自动测量，编制曲面的测量程序。要实现方案合理，简便易行，性能可靠。
另外，对三坐标测量机的首要要求就是测量精度，要考虑产生测量误差的来源，即由于结构件有限精度造成的几何误差，软件也是三坐标测量机的又一误差源，测量精度与测量条件、工件及被测参数也有联系。实际测量过程中，要想提高测量精度，必须全面了解上述各方面因素，提高软件数据处理能力，要全面考虑误差传递关系，以更好地提高测量精度。
参考文献
[1]张义力.逆向工程数据获取中测量关键技术研究[J].上海交通大学学报，2009.
[2]张自有.逆向工程测量技术研究[J].价值工程，2011.
[关键词]逆向工程 测量 技术
[中图分类号] P258 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-3-100-1
1逆向工程测量数据获取技术
1.1接触式测量
主要是依靠物理接触所测物品来实现数据的采集工作，三坐标测量机是应用较普遍的设备。其常用的扫描方式从小到大依次是点、线、面扫描，需根据具体情况而做出适当选择。检测点样本的分布和大小的制定需遵循一定的原则，如精度一定要达到规范要求。为缩短检测时间，尽量选择较小的样本。
三坐标测量机能够将样件的表面数据化，在测量的过程中，应注意探头的补偿。测量必然会存在不同程度的误差，在数据采集后，应对其仔细处理，去除坏点、保持数据的平滑、补齐测量盲区的数据等，处理完毕后才能够重构曲面。在测软质物时，精确度往往不能保证、测量数据的密度较低，且测量中需要人工进行干预。还需对测量结果进行探头损伤及半径补偿，对逆向工程的发展形成了障碍。
1.2非接触式测量
（1）激光线结构光扫描测量技术
激光线结构光扫描测量技术是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码工程测量技术，亦称为光切法，通过将一线状激光束投射到三维物体上，利用CCD摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标。每个测量周期可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。
（2）投影光栅测量技术
投影光栅测量技术通常采用普通白光将正弦光栅或矩形光栅投影于被测物面上，根据CCD摄取变形光栅图像，根据变形光栅图像中条纹像素的灰度值变化，可解算出被测物面的空间坐标，这类测量方法具有很高的测量速度和较高的精度。根据形变、高度关系的描述方法的不同，光栅测量可分为两类：直接三角法和相位测量法。直接三角法原理简单、速度快，不易受被测工程物面不连续等干扰的影响，但是其测量精度不高，不能实现全场测量：而相位测量法测量精度相对较高。
（3）计算机断层扫描技术
计算机断层扫描技术是以测量物体对X射线的衰减系数为基础，用数学方法经过计算机处理而重建断层图像。对中空物体的无损三维测量，这种方法可对被测工程的内部形状、壁厚、材料，尤其是内部构造进行测量，该方法同样能够获得被测工程内表面数据，且不破坏工程结构。但它存在测量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大等缺点。
（4）立体视觉测量技术
此技术是根据同一个三维空间点在不同空间位置的多个摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。立体视觉测量方法可以对处于多个摄像机共同视野内的目标特征点进行测量，而无须伺服机等扫描装置。立体视觉测量面临的最大困难是空间特征点在多幅数字图像中提取与匹配的精度与准确性等问题。近来出现了将具有空间编码的结构光投射到被测工程表面，制造测量特征的方法有效解决了测量特征提取和匹配的问题。
2实际施工中的测量技术
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中的一种方式。此方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标，再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据，从而获取得到整体测量数据。这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性，又消除了数据拼接时的累积误差。
在实际测量中，测量方法的选用需根据被测物体的形状特征和应用目的决定。作为三坐标测量机在逆向工程应用中发展成为实物外形数字化的主要设备，但存在测量速度慢，需要进行测头半径补偿。由于测球总是有一定的半径r，测量点连线为平面曲线，所以应对测量数据进行测头补偿，并可以用一定的解析函数表示。采用一种二维自动补偿方法，简化了补偿计算，测量软件将自动从接触点沿着测量逼近方向回退一个测头半径值，CMM测量程序都具有实时补偿功能；另外，三点共圆法补偿假设在曲线、曲面上测得n个点，先测量被测表面，得到测头中心的数据，当3点连续的曲线段很小时，可用作图的方法，求得包络线来得到实际曲线。
对一些由规则形状组成的表面的测量，核心根据测量点集信息计算接触点法矢，确定被测轮廓各点的法矢，用建模的方法得到一个近似的解析表达式，采用微平面法补偿，计算简单，精度可靠。要注意，测头半径补偿需沿三维曲面的法向进行；对自由曲线、曲面进行测量时，对自由曲线、曲面进行测量时，采用等间距测量是简单易行的测量方法，实现自由曲线离散数据最小逼近误差数学模型，曲率越大测点越密，反之测点越疏，针对建立的自由曲线拟合数学模型，反映待测曲线曲面的几何形状信息，参考等弦高法的非等间距测量方法，实现测点的自适应分布，完成对CAD 模型未知的自由曲线测量，可大大提高测量精度。
3系统软、硬件控制
控制系统主要是完成测量数据读入，探测瞄准信号的处理，以及与主计算机的通信等。测头系统是坐标测量机的探测瞄准系统，坐标测量机在三个方向作正交直线运动，直线和圆弧是构成空间曲线的基本要素。
自由曲面的测量通常是在截面上进行，点位测量是由人工操作或由计算机控制，理想的探测方式是按测得的前二点坐标算出物体轮廓的法线方向；连续扫描探测是测头沿被测物体表面按照预先确定的速率运动，而扫描测量精度一般低于点位测量的精度，这种方式中摩擦力较小，并自动获取测量数据的一种测量模式。测量未知曲面还可以采用自学习的方法，根据测量机的原理特点，合理布置测点，计算机测量系统即可自动生成测量路径程序，优化测量路径，调用已生成的程序事项自动测量，编制曲面的测量程序。要实现方案合理，简便易行，性能可靠。
另外，对三坐标测量机的首要要求就是测量精度，要考虑产生测量误差的来源，即由于结构件有限精度造成的几何误差，软件也是三坐标测量机的又一误差源，测量精度与测量条件、工件及被测参数也有联系。实际测量过程中，要想提高测量精度，必须全面了解上述各方面因素，提高软件数据处理能力，要全面考虑误差传递关系，以更好地提高测量精度。
参考文献
[1]张义力.逆向工程数据获取中测量关键技术研究[J].上海交通大学学报，2009.
[2]张自有.逆向工程测量技术研究[J].价值工程，2011.