基于多种传感器集成系统的表面智能化测量理论与技术研究

逆向工程是先进设计和制造的重要技术手段。本项目以传感器规划和信息融合理论为基础，将单目视觉、结构光视觉与三坐标测量机三种不同的传感器有机集成，既能充分发挥各种传感器的各自优势，又能形成一个整体系统，实现优势互补，形成多种传感器集成智能化测量及信息融合的逆向工程测量新方法。该系统可实现基于曲率的结构光自适应扫描及基于视觉信息指导的CMM测量路径自动规划及自适应采样，完成集成系统的智能化测量，并提出基于几何信息分层与多分辨率变形曲面技术的多种传感器信息融合方法，解决不同种传感器测量结果的精度、密度相差悬殊，难以融合的难题，同时使逆向工程的数字化及CAD建模过程集成化，有利于提高信息融合与CAD建模的通用性、准确性和高效性。本项目的研究可提高逆向工程的效率和精度，以及智能化、集成化水平，对推动新型逆向工程系统的研究有理论意义，及广泛的应用前景，本项目成果将积极在相关企业推广应用。

本项目以传感器规划和信息融合理论为基础，形成了多传感器集成智能化测量及信息融合的逆向工程测量新方法。对复杂零件可实现高效率、高精度、完整测量及基于特征提取的正逆向混合建模，可准确快速地重构产品CAD模型，通过特征参数的修改实现再设计，从而实现产品的创新设计。. 课题组对线结构光视觉测量的逆向工程技术进行了研究，提出了基于可变形模型理论的光条纹中心提取方法及三维测量方法。该方法可有效地抑制传统方法提取光条中心过程中难以处理的噪声、分枝的影响，具有较强的光条纹断线修补能力，提取的光条纹中心线具有B样条变形曲线的单一连通性、亚像素级精度，具有和测量曲面一致的光顺性，提高了线结构光视觉检测精度。基于此的三维测量方法大大减少了反求三维空间的数据量和计算量。对线结构光视觉传感器扫描路径规划方法进行了研究，提出了扫描步长自适应规划的两步扫描法，实现线结构光自适应扫描测量。针对扫描曲线采样点分布问题，提出角度和弧长相结合的曲线采样方法，该方法对未知自由曲面可实现线结构光扫描步长随曲率变化而自适应变化，可明显减少扫描线数量，提高测量效率和测量精度。提出了基于曲面变形和混合建模技术的测量数据融合方法，实现了CMM少量的高精度数据点修正视觉测量系统的初始模型，提高模型重构的精度。开发了一套基于ACIS平台的变形造型系统，实现测量数据的融合。对基于逆向工程的混合建模技术进行了研究，实现了基于特征提取的反求建模及创新设计。. 本项目的研究提高了逆向工程的效率和精度，以及智能化、集成化水平，对推动新型逆向工程系统的研究有理论意义，研究成果可有效地增强企业的产品创新设计能力，提高企业的市场响应速度，对提升我国制造业的整体水平有非常重要的意义。