逆向工程技术是进行产品设计、开发和创新的先进制造技术,其已经发展成为CAD/CAM中的一个相对独立的范畴。数据处理是逆向工程中的关键技术之一,而多片三维数据拼接和精简又是数据处理技术的两个重要组成部分。三维数据点的质量和数量直接影响着后续建模工作效果和效率,因此研究数据拼接与精简技术有着十分重要的意义。本论文阐述了逆向工程的概念、发展以及数据拼接与精简的国内外研究现状,阐明了本课题的研究意义,对逆向工程中的三维数据拼接和精简技术做了深入细致地研究。本文的研究内容主要有以下几个方面: 1.改进了线结构光三维扫描测量系统,利用数控转台、三维运动机构和线结构光测头构成了四轴视觉测量系统,即把一数控转台安装在三维运动机构的X轴上,同时使转台相对于三维运动机构的Z轴倾斜一定角度放置。在测量过程中测头方向保持不变,通过转台的转动使物体被测部分处于合适的被测视角来获取一片测量数据,然后转动转台实现从多个角度对被测物体的四周和顶部的完整测量。由于多个角度下的测量数据具有不同的基准,利用坐标变换把不同基准下的测量数据变换到以转台中心为原点,转台轴线方向为Z轴的坐标系下,实现了多片数据点云的自动拼接。 2.基于三坐标测量机和PH10回转体构成的五轴线结构光视觉测量系统实现了自动拼接,在被测物体固定的情况下,通过改变测头方向实现从多个角度完整测量物体。在测头的每个方向下都标定它的外参数,使从不同角度测量的数据具有相同的基准,实现了三维数据的自动拼接。 3.针对迭代最近点距离(Iterative Closet Point,ICP)寻找对应点困难的问题,构造了一个利用“投影和共线”确立对应点的方法,即首先对重合区域的数据点进行曲面拟合,通过重合区域内的点在拟合曲面上的“投影”寻找对应点集,然后以“经过变换的对应点与线结构光光心共线”作为条件来确定对应点,并在“投影和共线”方法与ICP算法的基础上提出了PCICP(Projection Collinearity Iterative Closest Point)拼接方法。 4.提出并实现了基于八叉树结构,根据法向矢量和主曲率的变化进行非均匀三维网格划分的数据精简技术。 5.根据理论研究成果,在WINDOWSXP平台上采用Microsoft Visual C++和OPENGL(Open Graphic Library)进行了集成系统开发。 实验结果表明三维数据拼接具有较高的精度,能够很好地满足实际应用。数据精简可达到较高的精简比,同时精简后的数据很好地保留了物体的原有特征。