曲面离散点数据的处理方法

　　一、新型非接触式激光测量系统

　　1.非接触式光电测量头:采用我校自行研制的一种鲁棒式融合型光纤距离方位集成传感器作为测头。该传感器大幅度地提高了传感头的信息冗余,实现了距离和方位测量的集成。

　　2.测量扫描与随动机械装置:由步进电机来驱动传动机构带动非接触测头,沿着导向机构的导向运动,实现测头在X、Y、Z三维方向上的扫描测量。

　　3.数控系统:主要由工业用计算机、伺服驱动、接口电路等组成,测量软件主程序通过计算机来控制整个测量系统的在线测量过程。

　　该测量系统由于具有补偿被测表面反射率和光源发射功率影响的功能,克服了一般传感测头在测量过程中受物体表面的颜色、光泽、材质等干扰而造成的测量误差。

　　二、测量数据获取

　　等间距扫描采样法是目前通行的数字化采样路径规划方法,通过一定数量的已测点的坐标利用最小二乘法来预测后面待测点的坐标,驱动伺服系统带动测头可获得所测物体表面点的实际坐标。该测量系统可同时获得测量表面上点的三维坐标值和对应点处的法矢。该测量方法在算法上简单易行,用该测量方法可获得所测物体表面上点的位矢文件,形式如下:

　　其中,m和n分别表示被测表面由等间距划分为m行和n列,测点坐标值(xi,yi,zi),(1

　　2.数据筛选

　　上述经过噪声剔除后的数据中,存在大量的冗余数据,必须对这些数据进行筛减处理,留取少量有效数据来进行曲线、曲面的拟合。通常可使用一定的压缩算法对包含有大量冗余信息的测点数据进行筛选处理,常用的方法有:等间距缩减、倍率缩减、等量缩减、弦偏差等方法。

　　在本系统的测量过程中,先在每条扫描线上标识一些特征点,如图1所示,测得标识点Pij的坐标后,把这些点当作截面曲线的控制顶点,fu、fv为k次B样条(k=3)的截面曲线方程:

　　其中,di是B样条的控制点;Ni,k(t)是B样条基函数。

　　把所测得各离散点Pk,l作为控制曲线的插值点,得到控制曲线方程为:

　　得到控制曲线后,可按下列公式计算出对应于各插值点的曲线切矢:

　　由公式(3)可计算出,分别沿u、v两个方向上曲线在离散点Pk,l处的切矢g′u和g′v,则曲面在该离散点处的法矢可由下式计算出:

　　式中,k=0,1,…m;l=0,1,…n。

　　此时,可将计算法矢与测量得到的法矢进行比较:

　　式(5)中,ε为给定值。如果Δw满足式(5),则将该法矢对应的离散点保留;若不符,则将该点删除。Δw值越小,表明这一点的测量可信度越高。