逆向工程是根据已存在的产品或模型,用一定的测量设备对产品或模型进行测量,获得三维点数据,再根据测量点数据通过三维几何建模方法重新构建实物的CAD模型。继而将这些模型用于产品的分析、制造和创新的过程。相对于传统的正向设计方式,逆向工程更适用于只有产品或实物模型,没有产品图纸的条件下实现产品的制造。逆向工程在机械、航空、航天、医疗等领域的应用日益广泛并得到了越来越多的重视。逆向工程中处理的零件很多具有复杂的自由曲面,所以对自由曲面反求中的一些关键问题进行研究有着重要意义。本论文以实验室现有测量机作为采集工件三维信息的设备,研究自由曲面测量及三维模型重建过程。分析测量机的误差、设计并优化自由曲面测量的路径、研究点云数据预处理技术和曲面重构技术。本文研究内容包括以下几个方面：(1)误差检验及补偿：分别对三坐标测量机的三个运动轴进行了单项误差检验,确定了测量机的单项误差,对各个单项误差建立了误差补偿数学模型。采用软件补偿方法对三坐标测量系统的误差进行了补偿。(2)自由曲面测量路径的规划：在四轴运动控制卡PCI-1243U的控制作用下,利用VB语言编程,通过控制三个运动轴的协调运动来带动测头完成对自由曲面工件的扫描,并将测头采集到的数据在程序中处理。采用自适应变间距测量法、基于圆弧插值法的自适应变频测量法、高度超限自动调整法优化了测量路径。(3)对点云进行预处理：通过添加去除噪音模块,对点云进行杂点过滤；解决了扫描过程中的点云分层现象,确定了最小扫描间距；通过分析点云突变现象,确定了扫描过程中,扫描主方向与工件摆放的关系。(4)三维模型的曲面重构：将点云转换为Imw数据格式,通过应用Imageware点云处理软件,对点云进行模型重构,进行了曲面与点云之间的误差的分析。最后,总结本论文研究工作的主要结论,并对后续值得深入研究的工作进行了探讨。