第2章 逆向工程数据测量与处理1

逆向工程与快速成型技术应用主编陈雪芳第2章逆向工程数据测量与处理2.1数据测量方法

2.2三坐标测量机

2.2.1三坐标测量机的组成

2.2.2三坐标测量机的工作原理

2.2.3三坐标测量机的分类

2.2.4三坐标测量机的结构形式

2.2.5三坐标测量机的导轨

2.2.6三坐标测量机的测量系统

2.2.7三坐标测量机的控制系统

控制系统的功能

控制系统的结构

测量进给控制第2章逆向工程数据测量与处理控制系统的通信

2.2.8三坐标测量机的软件系统

2.2.9三坐标测量机的发展趋势

2.3断层数据测量

2.4测量数据处理流程

2.4.1概述

2.4.2测量数据预处理

2.5VIVID-910型三坐标激光扫描仪简介

2.5.1结构形式及主要技术指标

2.5.2测量软件2.1数据测量方法图2-1各种测量方法的分类逆向工程软件：Imageware、Raindrop、GeomagicStudio、Paraform、ICEMSurf、CopyCAD等CAD/CAM系统类似模块，UG—Unigrahics、ProE—Pro/SCAM、Cimatron90—PointCloud等逆向技术逆向工程背景

接触式三坐标测量仪非触式三坐标测量仪工业CT测量机接触式测量数字化测量—测量设备

非接触式测量数字化测量—测量方法比较优点接触式探头发展已有几十年，其机械结构和电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性。接触式测量探头直接接触工作表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。缺点为了确定测量基准点而使用特殊的夹具，不同形状的产品可能会要求不同的夹具，因此导致测量费用较高。球形的探头易因接触力造成磨损，为了维持测量精度，需要经常校正探头的直径，不当的操作还会损坏工件表面和探头。测量数度较慢，对于工件表面的内形检测受到触发探头直径的限制。对三维曲面的测量，探头测量到的点是探头的球心位置，欲求得物体真实外型需要对探头半径进行补偿，因而可能引入修正误差。接触式测量数字化测量—测量方法比较优点不必作半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。测量数度非常快，不必像接触式探头那样逐点进出测量。软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。缺点测量精度较差，因接触式探头大多使用光敏位置探测器来检测光点位置，目前其精度仍不够，约为20以上。因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件表面反射特性的影响，如颜色、曲率等。非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样，对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难。非接触式测量2.2三坐标测量机三坐标测量机（CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。2.2.1三坐标测量机的组成(1)机械系统一般由三个正交的直线运动轴构成。

(2)电子系统一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。(1)机械系统一般由三个正交的直线运动轴构成。一般由三个正交的直线运动轴构成。在图2-4所示结构中，X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电动机一般都在各轴附近。用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。(2)电子系统一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。图2-4三坐标测量机的组成(2)电子系统一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。图2-5三坐标测量机的工作原理2.2.2三坐标测量机的工作原理三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点的坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。三坐标测量机的这一工作原理使得其具有很大的通用性与柔性。从原理上说，它可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。2.2.3三坐标测量机的分类(1)数字显示及打印型这类三坐标测量机主要用于几何尺寸测量，可显示并打印出测得点的坐标数据，但要获得所需的几何尺寸形位误差，还需进行人工运算，其技术水平较低，目前已基本被淘汰。

(2)带有计算机进行数据处理型这类三坐标测量机技术水平略高，目前应用较多。

(3)计算机数字控制型这类三坐标测量机技术水平较高，可像数控机床一样，按照编制好的程序自动测量。

(1)小型坐标测量机这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向(一般为X轴方向)上的测量范围小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的测量。2.2.3三坐标测量机的分类(2)中型坐标测量机这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向上的测量范围为500～2000mm，是应用最多的机型，主要用于箱体、模具类零件的测量。

(3)大型坐标测量机这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向上的测量范围大于2000mm，主要用于汽车与发动机外壳、航空发动机叶片等大型零件的测量。

(1)精密型三坐标测量机其单轴最大测量不确定度小于1×10-6L(L为最大量程，单位为mm)，空间最大测量不确定度小于(2~3)×10-6L，一般放在具有恒温条件的计量室内，用于精密测量。2.2.3三坐标测量机的分类(2)中、低精度三坐标测量机低精度三坐标测量机的单轴最大测量不确定度在1×10-4L左右，空间最大测量不确定度为(2~3)×10-4L，中等精度三坐标测量机的单轴最大测量不确定度约为1×10-5L，空间最大测量不确定度为(2~3)×10-5L。2.2.4三坐标测量机的结构形式图2-6三坐标测量机的结构形式2.2.5三坐标测量机的导轨图2-7三坐标测量机气浮导轨的结构2.2.6三坐标测量机的测量系统1.标尺系统

2.测头系统1.标尺系统标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的。目前在三坐标测量机上使用的标尺系统种类很多，它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同，按其性质可以分为机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪）和电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。根据对国内外生产三坐标测量机所使用的标尺系统的统计分析可知，使用最多的是光栅，其次是感应同步器和光学编码器。有些高精度三坐标测量机的标尺系统采用的是激光干涉仪。2.测头系统图2-8机械接触式测头2.测头系统图2-9电气式动态测头2.测头系统三坐标测量机是用测头来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率，没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。在三坐标测量机上使用的测头，按结构原理可分为机械式、光学式和电气式等；而按测量方法又可分为接触式和非接触式两类(见图21)。[JP]机械接触式测头为刚性测头，其结构形式如图28所示。这类测头的形状简单，制造容易，但是测量力的大小取决于操作者的经验和技能，因此测量精度差、效率低。目前除少数手动测量机还采用此种测头外，绝大多数测量机已不再使用这类测头。2.测头系统图2-10几种测头的工作状况2.测头系统图2-11常见的测端形状2.测头系统图2-12星形测头座结构2.测头系统图2-13二维回转测头2.2.7三坐标测量机的控制系统

控制系统的功能控制系统是三坐标测量机的关键组成部分之一。其主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统以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，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性等。控制系统的结构1.手动型与机动型控制系统

2.CNC型控制系统1.手动型与机动型控制系统这类控制系统结构简单，操作方便，价格低廉，在车间中应用较广。这两类坐标测量机的标尺系统通常为光栅，测头一般采用触发式测头。其工作过程是：每当触发式测头接触工件时，测头发出触发信号，通过测头控制接口向CPU发出一个中断信号，CPU则执行相应的中断服务程序，实时地读出计数接口单元的数值，计算出相应的空间长度，形成采样坐标值X、Y和Z，并将其送入采样数据缓冲区，供后续的数据处理使用。2.CNC型控制系统CNC型控制系统的测量进给是计算机控制的。它可通过程序对测量机各轴运动进行控制以及对测量机运行状态进行实时监测，从而实现自动测量。另外，它也允许通过操纵杆进行手工测量。CNC型控制系统又可分为集中控制系统与分布控制系统两类。（1）集中控制系统集中控制系统由一个主CPU实现监测与坐标值的采样，完成主计算机命令的接收、解释与执行、状态信息及数据的回送与实时显示、控制命令的键盘输入及安全监测等任务。它的运动控制是由一个独立模块完成的，该模块是一个相对独立的计算机系统，完成单轴的伺服控制、三轴联动以及运动状态的监测。从功能上看，运动控制CPU既要完成数字调节器的运算，又要进行插补运算，运算量大，其实时性与测量进给速度取决于CPU的速度。2.CNC型控制系统（2）分布控制系统分布控制系统是指系统中使用多个CPU，每个CPU完成特定的控制，同时这些CPU协调工作，共同完成测量任务，因而速度快，提高了控制系统的实时性。另外，分布式控制的特点是多CPU并行处理，由于它是单元式的，故维修方便、便于扩充。如要增加一个转台只需在系统中再扩充一个单轴控制单元，并定义它在总线上的地址和增加相应的软件就可以了。测量进给控制手动型以外的坐标测量机是通过操纵杆或CNC程序对伺服电动机进行速度控制，以此来控制测头和测量工作台按设定的轨迹作相对运动，从而实现对工件的测量。三坐标测量机的测量进给与数控机床的加工进给基本相同，但其对运动精度、运动平稳性及响应速度的要求更高。三坐标测量机的运动控制包括单轴伺服控制和多轴联动控制。单轴伺服控制较为简单，各轴的运动控制由各自的单轴伺服控制器完成。但当要求测头在三维空间按预定的轨迹相对于工件运动时，则需要CPU控制三轴按一定的算法联动来实现测头的空间运动，这样的控制由上述单轴伺服控制器及插补器共同完成。在三坐标测量机控制系统中，插补器由CPU程序控制来实现。根据设定的轨迹，CPU不断地向三轴伺服控制系统提供坐标轴的位置命令，单轴伺服控制器则不断地跟踪，从而使测头一步一步地从起始点向终点运动。控制系统的通信控制系统的通信包括内通信和外通信。内通信是指主计算机与控制系统两者之间相互传送命令、参数、状态与数据等，这些是通过连接主计算机与控制系统的通信总线实现的。外通信则是指当三坐标测量机作为FMS系统或CIMS系统中的组成部分时，控制系统与其他设备间的通信。目前用于三坐标测量机通信的主要有串行RS—232标准与并行IEEE—488标准。2.2.8三坐标测量机的软件系统1.编程软件

2.测量软件包

3.系统调试软件

4.系统工作软件1.编程软件为了使三坐标测量机能实现自动测量，需要事前编制好相应的测量程序。而这些测量程序的编制有以下几种方式。（1）图示及窗口编程方式图示及窗口编程是最简单的编程方式，它是通过图形菜单选择被测元素，建立坐标系，并通过“窗口”提示选择操作过程及输入参数，编制测量程序。该编程方式仅适用于比较简单的单项几何元素测量的程序编制。（2）自学习编程方式这种编程方式是在CNC测量机上，由操作者引导测量过程，并键入相应指令，直到完成测量，而由计算机自动记录下操作者手动操作的过程及相关信息，并自动生成相应的测量程序，若要重复测量同种零件，只需调用该测量程序，便可自动完成以前记录的全部测量过程。该编程方式适合于批量检测，也属于比较简单的编程方式。1.编程软件（3）脱机编程方式这种编程方式是采用三坐标测量机生产厂家提供的专用测量机语言在其他通用计算机上预先编制好测量程序，它与三坐标测量机的开启无关。编制好程序后再到测量机上试运行，若发现错误则进行修改。其优点是能解决很复杂的测量工作，缺点是容易出错。（4）自动编程方式在计算机集成制造系统中，通常由CAD/CAM系统自动生成测量程序。三坐标测量机一方面读取由CAD系统生成的设计图样数据文件，自动构造虚拟工件，另一方面接受由CAM加工出的实际工件，并根据虚拟工件自动生成测量路径，实现无人自动测量。这一过程中的测量程序是完全由系统自动生成的。2.测量软件包测量软件包可含有许多种类的数据处理程序，以满足各种工程需要。一般将三坐标测量机的测量软件包分为通用测量软件包和专用测量软件包。通用测量软件包主要是指针对点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球等基本几何元素及其形位误差、相互关系进行测量的软件包。通常三坐标测量机都配置有这类软件包。专用测量软件包是指三坐标测量机生产厂家为了提高对一些特定测量对象进行测量的测量效率和测量精度而开发的各类测量软件包。如有不少三坐标测量机配备有针对齿轮、凸轮与凸轮轴、螺纹、曲线、曲面等常见零件和表面测量的专用测量软件包。在有的测量机中，还配备有测量汽车车身、发动机叶片等零件的专用测量软件包。3.系统调试软件1）自检及故障分析软件包：用于检查系统故障并自动显示故障类别。2）误差补偿软件包：用于对三坐标测量机的几何误差进行检测，在三坐标测量机工作时，按检测结果对测量机误差进行修正。3）系统参数识别及控制参数优化软件包：用于三坐标测量机控制系统的总调试，并生成具有优化参数的用户运行文件。4）精度测试及验收测量软件包：用于按验收标准测量检具。4.系统工作软件测量软件系统必须配置一些属于协调和辅助性质的工作软件，其中有些是必备的，有些用于扩充功能。1）测头管理软件。用于测头校准、测头旋转控制等。2）数控运行软件。用于测头运动控制。3）系统监控软件。用于对系统进行监控（如监控电源、气源等）。4）编译系统软件。用于程序编译，生成运行目标码。5）DMIS接口软件。用于翻译DMIS格式文件。6）数据文件管理软件。用于各类文件管理。7）联网通信软件。用于与其他计算机实现双向或单向通信。2.2.9三坐标测量机的发展趋势1.高精度化

2.自动化(计算机数控化)

3.非接触测量

4.采用新材料，运用新技术

5.测量机软件

6.使用现场化

7.成为制造系统的组成部分1.高精度化三坐标测量机自开发以来，一直要求具有高精度，当前随着加工精度的显著提高，这种要求更趋强烈。要提高精度有许多问题需要解决，其中最重要的是机械主体的基本结构问题。当前三坐标测量机仍是由三相正交的三轴组成笛卡儿坐标系的模式。与多轴自动化机床相似，正确地选择测量机工体的形式(立式或卧式)是十分重要的。一般来说，在测量小型工件时，采用高柔性卧式主轴最为有利。为实现更高精度的测量精度，在中等规格尺寸测量机领域中，国外最新的三坐标测量机均采用了单一的桥式构造。但桥式构造的竞争焦点在桥固定式和桥移动式之间。2.自动化(计算机数控化)从最近国外推出的产品来看，测量机数控系统有明显的两极发展趋势：高档型和廉价型。高档型测量机数控系统是传统知名的测量机厂商的产品，他们以价格较高的机型供给大型企业，这些企业具有较高的计算机应用水平，廉价型系统是日本和英国某些公司的产品，大都采用DCC(DirectlyComputerControl)技术，以求降低成本，同时满足使用要求。另外，计算机数控化的目的并不单纯是为了利用外围设备和软件来节约人力，而是要通过使用仿形测头的连续仿形测量，应用于评定曲面形状、排除人员误差的高精度测量。3.非接触测量探测技术在三坐标测量机中占有重要位置。从原理上说只要测头能探及，三坐标测量机就能测量。三坐标测量机的测量效率也首先取决于探测速度。三坐标测量机除了机械本体外，测头是测量机达到高精度的关键，也是三坐标测量机的核心，与其他各项技术指标相比，提高测头的性能指标难度最大。如由OPTON和LETTZ公司开发的实用高精度测头——三维电感测头取得专利已有近20年历史，但至今改进不大。由于非接触测头具有许多优点，探测技术发展的第一个重要趋势是，非接触测头将得到广泛的应用。十分重要的是，在微电子工业中有许多二维图案，如大规模集成电路掩模，它们是用接触测头无法测量的。近年来国外光学三坐标测量机发展十分迅速，光学三坐标测量机的核心就是非接触测量。4.采用新材料，运用新技术近年来，铝合金、陶瓷材料以及各种合金材料在三坐标测量机中得到了越来越广泛的应用。铝合金特别适合于制作高速运行的三坐标测量机。铝合金导热好，不易产生变形。尽管它的膨胀系数较大，但简单热变形比较容易补偿。它耐磨性差，可在其表面涂覆一层耐磨的陶瓷材料。为了克服陶瓷导热性能差、难以加工的缺点，各种人工合成陶瓷正处在开发过程中，人工合成陶瓷可以按需要做成各种所需形状，还可以通过适当的材料设计，使它具有所需的性能。一些材料将在制作一些有特殊要求的测量机部件中得到应用，例如，高精度的三坐标测量机中，采用零膨胀系数的微晶玻璃制作一些关键部件，利用膨胀系数小、具有高的弹性模量与密度小的碳化纤维制作探针与接长杆等。其他一些新技术，例如磁悬浮技术也在测量机及其测头中获得应用。5.测量机软件1）能进行自动编程。2）按测量任务对测量机进行优化。3）在测量前对测量不确定度作出评定，并按此确定采样策略与测量速度。4）故障自动诊断。5）CAD文件特征识别。6.使用现场化迄今为止，三坐标测量机只是在某种特定的环境条件下使用，但是随着其有效性广泛为人们所认识，将会越来越多地被要求在加工现场使用，或作为在线测量设备使用。这里还存在不少需待解决的问题，例如直接与精度有关的温度和振动等问题，对粉尘或切削油的处置方法，自动生产线节拍的高速化等。目前各生产厂家正在投入力量进行研制，已有带防尘结构的产品进入市场。7.成为制造系统的组成部分从发展趋势来看，三坐标测量机正逐渐成为机械制造业的主导检测设备，将越来越多地用于生产线，成为制造系统的一个组成部分。没有其他任何测量仪器，具有三坐标测量机这样的柔性、万能性。三坐标测量机能在计算机控制下完成各种复杂测量，能与加工机床交换信息，完成保证质量、控制加工的任务；还能根据测试结果，构成CAD、CAM软件，实现逆向工程。2.3断层数据测量1.CT测量法

2.MRI测量法

3.超声波测量法

4.层去扫描法1.CT测量法计算机断层扫描（CT）技术最具代表的产品是基于X射线的CT扫描机，它以测量物体对X射线的衰减系数为基础，用数学方法经过电子计算机处理而重建断层图像。这种方法最早用于医学上，目前开始用于工业领域，形成工业CT（ICT）扫描机，特别是针对中空物体的无损检测。这种方法是目前最先进的非接触测量方法，它可对物体的内部形状，壁厚，尤其是内部结构进行测量。但是它的空间分辨率较低，获得数据需要较长的积分时间，重建图像计算量大，造价高。CT扫描机的主要结构包括两大部分：X射线体层扫描装置和计算机系统。前者主要由产生X射线束的发生器和球管，以及接收和检测X射线的探测器组成；后者主要包括数据采集系统、中央处理系统、磁带机、操作台等。此外，CT扫描机还应包括图像显示器、多幅照相机等辅助设备。电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，每次扫描过程中由探测器接收穿过人体后的衰减X线信息，再由快速模/数(A/D)转换器将模拟量转换成数字量，然后输入电子计算机，经电子计算机高速计算，得出该层面各点的X线吸收系数值，用这些数据组成图像的矩阵。再经图像显示器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来，这样该断面的解剖结构就可以清晰的显示在监视器上，也可利用多幅相机或激光相机把图像记录在照片上自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础1967年，英国电子工程师亨斯菲尔德(Hounsfield)在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果1972年4月，亨斯菲尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯菲尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。

发明史早期的工业检测，曾直接利用医用CT设备进行，但实践证明医用CT设备不适用于检测大尺寸高密度物体。20世纪80年代，美国军方首先进行专门研究制造检测大型火箭发动机的CT设备，目前工业CT研究已成为研究热点。目前，工业CT设备已在航空航天、军事工业、核能、电子、考古等领域广泛应用。我国也从20世纪80年代开始研究CT技术，清华大学、中科院高能所已研制出γ射线源工业CT设备工业CT设备和医用CT设备的主要差别功能：工业CT设备用于检测高密度和大尺寸物体，应用高能量射线源，需要更高的系统分辨力等。结构：医用CT设备都是保持病人静止，因而都有相当庞大的装有复杂机电设备的运动部件。工业CT设备都是使射线源及探测系统保持静止或少量运动，由被测工件作必要的扫描运动，但由于工业检测往往精度要求高，样品扫描工作台仍是十分精密的关键部件。CT优点首先，计算机断层扫描为我们提供被测物品的完整三维信息；第二，由于电脑断层的高分辨率，不同物体对射线的吸收和透过率不同，即使是小于1%的密度差异也可以区分出来；第三，由于断层成像技术提供三维图像，依需要不同，可以看到轴切面，冠状面，矢切面的影像。除此之外，任意切面的图像均可通过插值技术产生。这给医学诊断、工业检测和科研带来了极大的便利CT主要的危害来自于射线源，高能射线源能对人体组织及环境造成不可逆转的破坏，即使是医用的X射线CT，多次的累积使用，X射线依然会对患者被照组织产生一定的影响

CT的主要用途1.医学检测：自从CT被发明后，CT已经变成一个医学影像重要的工具，虽然价格昂贵，医用X-CT至今依然是诊断多种疾病的黄金准则2.工业检测：CT在无损检测和逆向工程中发挥重大的作用3.安保检测4.航空运输、运输港湾，大型货物集装箱案件装置

工业CT设备原理图工业CT设备测量实例—不同叶片的3D-CT层析断层

自主研发的高解析度3D-CT实验系统不同叶片的3D-CT层析断层

测量实例—基于双目视觉的三维数据获取自主研发的实验扫描系统蒙皮模具（长5m）共采集数据点341212个

成型面点云图应用CT扫描技术可以测量物体表面、内部和隐藏的结构特征。扫描仪器可以作为三维数字化仪器应用于逆向工程，为一次性获得物理实体的内外部几何特征信息提供自动化和快速的解决方案。2.MRI测量法磁共振成像术（MRI）也称为核磁共振，英文缩写为MRI，该技术是20世纪70年代末以后发展的十种新式医疗诊断影像技术之一，其理论基础是核物理学的磁共振理论。和X-CT扫描一样，MRI可以提供人体的断层的影像，其基本原理是用磁场来标定人体某层面的空间位置，然后用射频脉冲序列照射，当被激发的核在动态过程中自动恢复到静态场的平衡时，把吸收的能量发射出来，然后利用线圈来检测这种信号。信号输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。MRI提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，它能深入物体内部且不破坏物体，对生物没有损害，在医疗上具有广泛应用。但这种方法造价高，空间分辨率不及CT，且目前对非生物材料不适用。磁共振成像自20世纪80年代初临床应用以来，发展迅速，这种技术目前正在蓬勃发展中。和X-CT一样，MRI提供的影像中的像素是用计算机产生的。两者区别：在X-CT扫描中，每个像素的数值反映人体组织中对应体积元的X射线衰减值。在MRI扫描中，提供的影像中的每个像素的数值反映人体组织中对应体积元中产生的核磁共振信号的强度。医用MRI设备3.超声波测量法超声波测量法的原理：当超声波脉冲到达被测物体时，在被测物体的两种介质变界表面会发生回波反射，通过测量回波与零点脉冲的时间间隔，即可计算出各面到零点的距离。这种方法相对CT和MRI而言，设备简单，成本较低，但测量速度较慢，且测量精度不稳定。目前主要用于物体的无损检测和壁厚测量。4.层去扫描法以上三种方法为非破坏性测量方法，但这些测量方法设备造价昂贵，近来发展了层去扫描法用于测量物体截面轮廓的几何尺寸。其工作过程为：将待测零件用专用树脂材料(填充石墨粉或颜料)完全封装，待树脂固化后，把它装夹到铣床上，进行微进给量平面铣削，结果得到包含有零件与树脂材料的截面，然后由数控铣床控制工作台移动到CCD摄像机下，位置传感器向计算机发出信号，计算机收到信号后，触发图像采集系统驱动CCD摄像机对当前截面进行采样、量化，从而得到三维离散数字图像。由于封装材料与零件截面存在明显边界，利用滤波、边缘提取、纹理分析、二值化等数字图像处理技术进行边界轮廓提取，就能得到边界轮廓图像。4.层去扫描法通过物像坐标关系的标定，并对此轮廓图像进行边界跟踪，便可获得物体该截面上各轮廓点的坐标值。每次图像摄取与处理完成后，再使用数控铣床把待测物铣去很薄的一层(如0.1mm)，又得到一个新的横截面，并完成前述的操作过程，就可以得到物体上相邻很小距离的每一截面轮廓的位置坐标。层去扫描法可对有孔及内腔的物体进行测量，测量精度高，并可得到完整的数据，不足之处是这种测量是破坏性的。在国外，美国CGI公司已生产出了层去扫描测量机，在国内，海信技术中心工业设计所和西安交通大学合作，研制成功了具有国际领先水平的层析式三维数字化测量机(CMS系列)。2.4测量数据处理流程2.4.1概述数据测量存在问题：1)由于测量系统的多样性，其输出的数据格式不一致，需要进行数据的转化处理。

2)几乎所有的测量方式、测量系统在测量过程中都不可避免地存在误差，使测量数据失真。

3)多视测量数据的定位问题。

4)对接触式的三坐标测量机，测量得到的数据是测头球头轨迹的数据，需要进行测头半径的补偿。

5)对激光扫描测量数据，得到的是海量的数据“点云”，需要进行数据的简化。

6)数据分割。因此在模型重建之前，需对测量数据进行预处理，目的是获得完整、正确的测量数据方便后续的造型工作。2.4.2测量数据预处理测量数据预处理的主要工作：1.格式转化

2.数据过滤及平滑

3.多视数据对齐定位

4.球头半径补偿

5.数据精简

6.数据分割1.格式转化每一个CAD系统都有自己的数据文件，数据文件格式与每个CAD系统自己的内部数据模式密切相关。目前市场上流行的CAD/CAM系统内部产品模型的数据结构和格式各不相同，这极大地影响了设计和制造各部门之间或企业与企业之间的数据传输和程序衔接的自动化，同样也给三坐标测量机和CAD/CAM系统之间的数据通信带来困难，因此迫切需要实现数据交换文件格式的标准化。目前已制定了几个主要数据交换标准，如IGES格式、STEP格式等，还有一种格式尽管不是标准，但由于CAD系统的使用者众多，形成了事实上的企业标准，最为典型的是AutoCAD的DXF图形数据交换文件。除此之外，为方便不同系统的数据交换，一些商品化的CAD/CAM系统都备有多个数据交换接口，如UGII系统就具有IGES、STEP、DXF、SET等多种输入、输出转换格式。1.格式转化由于三坐标测量机得到的数据主要是物体表面的坐标点，数据简单，一般存放为VTK、STL等格式。在三坐标测量机与CAD/CAM系统的数据传输中，通常将其转化为IGES格式。因为IGES格式较简单，且几乎所有国际上知名的CAD系统都配置了IGES接口，是CAD/CAM系统之间图形信息交换的一种规范。因此，在三坐标测量机和CAD/CAM系统之间以IGES格式传输数据成为了标准的选择和配置。2.数据过滤及平滑由于在实际测量过程中受到各种人为或随机因素的影响，使得测量结果包含噪声。为了降低或消除噪声对后序建模质量的影响，以得到精确的模型和好的特征提取效果，有必要对测量点云进行滤波和平滑。滤波通常采用标准Gaussian滤波算法、平均滤波算法或中值滤波算法。实际使用时，可根据“点云”质量和后序建模要求灵活选择滤波算法。也可以采取直接删除法，即在不同的视角观察测量数据，选择点，直接删除。采用平滑法处理方法，应力求保持待求参数所能提供的信息不变。数据平滑处理方法有：平均法、五点三次平滑法和样条函数法。要求处理后的数据要较前平滑，同时要求前后两组数据的“偏离”也不能过大。3.多视数据对齐定位在逆向工程的实际过程中，对实物样件实行数字化测量时，往往不能在同一坐标系下将产品的几何数据一次测出，其原因一是产品的尺寸超出测量机的行程，二是测头受被测实物几何形状的干涉阻碍以及不能触及产品的反面，这时就需要在不同的定位状态下测量产品的各个部分。通常为处理方便，将不同情况下测量的数据称为多视数据或点云。由于在几何模型构建时必须将这些不同坐标系下的多视数据变换或统一到同一个坐标系中，这个数据处理过程称为多视数据的对齐，或数据拼合，重定位。4.球头半径补偿图2-14测头和曲面的接触情形采用接触式测头测量时，所得到的数据并不是实体表面的坐标，而是测头球心的坐标，通常侧头的半径在0.25-1.5mm之间，如果忽略测头半径，就会带来数据补偿误差。分为实时自动补偿和事后数据处理补偿。5.数据精简对于高密度“点云”，由于存在大量的冗余数据，有时需要按照一定要求减少测量点的数量。不同类型的“点云”可采用不同的精简方式。散乱“点云”可通过随机采样的方法来精简；对于扫描线“点云”和多边形“点云”可采用等间距缩减、倍率缩减、等量缩减、弦偏差等方法；网格化“点云”可采用等分布密度法和最小包围区域进行数据缩减。数据精简操作只是简单地对原始“点云”中的点进行了删减，不产生新点。测量数据（24500个）处理后的数据（4607个）测量数据预处理—数据精简实例

精简原则：精简距离为2mm，精简后的点云在空间分布均匀，适合数据的后续处理。6.数据分割在造型之前要进行的一个重要工作是数据分割。数据分割是根据组成实物外形曲面的子曲面类型，将属于同