第二章 反求再设计数据测量与处理 一、数据测量的方法 根据前测头结构原理来说：

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1 第二章 反求再设计数据测量与处理 一、数据测量的方法 根据前测头结构原理来说：
接触式：分为触发式和连续式，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。 典型代表：三坐标测量机（CMM） 非接触式：非接触式测头则是应用光学、激光的原理和非光学式进行的。 典型代表：结构光学法中德国GOM公司ATOS测量系统。 典型数据采集方法的特点见表2-1。

2 二、三坐标测量机简介 CMM是20世纪60年代发展起来的一种新型高效精密测量仪器，是由英国FERRANTI公司研制第一台。
目前，三坐标测量机已经广泛应用在各工业领域。

3 1.三坐标测量机的工作原理 三坐标测量机是一种几何量测量仪器，它的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精密地测出被测元素上测量点的三个坐标值，根据这些点的数值经过计算机数据处理，拟合成相关几何元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算得出形状、位置公差及其它几何量数据。 三坐标测量机是一种通用的三维长度测量仪器，是由三个相互垂直的测量轴和各自的长度测量系统组成机械主体，结合测头系统，控制系统，数据采集与计算机系统等构成坐标测量系统的主要系统元件，测量时把被测件置于测量机的测量空间中，通过机器运动系统带动传感器即测头实现对测量空间内任意位置的被测点的瞄准，当瞄准实现时测头即发出读数信号，通过测量系统就可以得到被测点的 几何坐标值，根据 这些点的空间坐标值，经过数学运算求出待测的几何尺寸和相互位置关系！

4 是机电一体化设备。由机械系统和电子系统组成。
2.三坐标测量机的组成 是机电一体化设备。由机械系统和电子系统组成。 机械系统：三坐标轴，测头，工作台等。 电子系统：光栅系统，测头信号（PLC），计算机等。 3.三坐标测量机的分类： A. 按照测量范围分为：小型，中型，大型坐标测量机。 B.按照技术水平分为：数字显示及打印式，带有计算机进行数据处理型，计算机数字控制型。 C.按照精度分：精密型，中低型。 4.三坐标测量机的测量系统 由标尺系统和测头系统组成。 标尺系统用来度量各轴的坐标数值。 测头系统用来拾取信号，测头直接决定测量精度，有机械式，光学式和电气式。

5 5.三坐标测量机的控制系统 控制系统是三坐标测量机的重要组成部分：其主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统以实现测量所必需的运动监控机器的状态和整个系统的安全性和可靠性。 分类：手动型与机动性控制系统、CNC控制系统。 6.三坐标测量机的软件系统 A。编程软件 B。测量软件包 C。系统调试软件 D。系统工作软件

6 7.三坐标测量机的发展 高精度化 自动化 非接触测量 采用新材料，新技术 测量机的软件的升级 使用现场化 成为制造系统的组成部分。

7 三、断层数据测量 1.分类： CT扫描法 非破坏测量：CT测量法、MRI测量法、超声波 测量法。 破坏测量： 层去扫描法
破坏测量： 层去扫描法 CT扫描法 CT扫描法：跟医学上使用的CT扫描原理一样。第一台CT扫描器是英国人制造的，20世纪80年代由美国军方提出研究计划，制造CT扫描设备，于是工业CT开始迅速发展。 应用：可以测量物体表面、内部和隐藏结构特征。

8 MRI测量方法： 磁共振成像术也称核磁共振，利用磁共振原理，与医学上的MRI一样的技术，也是通过断层扫描。 超声波测量方法 是利用超声波脉冲到达被测物体，在被测物体的两种介质辩解表面发生回波反射，测量出各面到零点的距离，设备简单，成本低，速度慢不稳定。

9 层去扫描法 为破坏性扫描方法。其主要原理是把零件用专用树脂包封，放到铣床上进行铣削，得到封装材料与零件表面的边界，再用专业摄像机对截面进行采样、量化，得到三维离散数字图像。其实质就是边界轮廓提取，得到边界轮廓图像。 适用有孔及内腔的物体进行测量，测量精度高，得到完整数据。 西安交大和海信技术中心研制成功三位数字化测量机（CMS系列）

10 四、测量数据处理流程 1.测量数据处理的原因： 2.测量数据预处理流程 平滑处理有：平均法，五点三次平滑法和样条函数法。
数据格式不一致，测量误差测量、数据失真，多视测量数据的定位，测头半径的补偿，海量数据点云需简化，数据分割等，因此在模型重构之前需要对测量的数据进行预处理。 2.测量数据预处理流程 1）格式转化： 目前制定了几个数据交换标准：IGES,STEP、DXF、SET格式等。三坐标测量机与CAD/CAM系统的数据转化格式是IGES。 2）数据过滤及平滑 滤波采用Gaussian滤波算法、平均滤波算法等，也可直接删除。 平滑处理有：平均法，五点三次平滑法和样条函数法。

11 3）多视数据对齐定位 一是通过专用测量装置实现测量数据的直接对齐。 二是时候数据对齐处理。 4）球头半径补偿 有自动补偿和事后数据处理补偿，实际应用一种二维实时自动补偿方法 5）数据精简 格局不同类型的点云采用不同的缩减方法，如等间距缩减，倍率缩减，等分布密度法，最小包围区域法等。 6)数据分割 是根据实物外形曲面的子曲面类型，将属于同一子曲面类型的数据成组，为后续建模提供方便。 方法：基于测量的分割和自动分割两种。

12 五、小结 1.数据采集的方法 2.三坐标测量机的简介 3.非接触测量方式断层数据测量 4.数据预处理的流程 六、作业 熟悉UG软件。