光学测量技术在覆盖件CAD模型重建中的应用.pdf

第 2 8卷第 1 1 期 2 O O 7年 1 1 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e J Vo J 2 8 No 1 l N O V 2 0 07 光学测量技术在覆盖件C A D模型重建中的应用 曲长立 段明德 河 南科技大学 机电工程学院 河南 洛 阳 4 7 1 0 0 3 摘要 介绍 了用于逆向工程领域的一种先进光栅测量技术一基于 C O M E T光栅扫描仪 的点 云采 集原理以及 C O MET 光栅扫描仪的实际应用 通过 C O M E T光栅扫描仪 与 A I C O N 3 D S t u d i o 摄影 测量软件 的结合 解决 了 C O MET 系统测量大型工件 时定位精度不高的问题 关键词 逆向工程 光栅投影 摄影测量 覆盖件 中图分类号 T H 7 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 7 1 1 0 1 6 9 0 3 Th r e e d i me n s i o n a l Re c o n s t r u c t i o n o f CAD M o d e l o f Co v e r i ng Us i n g Th r e e d i me n s i o n a l Op t i c a l M e a s u r e m e n t Te c h n i q u e Q uC h a n g l i DU A NI i I l g d e C o ll e g e o f M e c h a n i c M a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i g n H e n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T ech n o l o g y L u o y ang 4 7 1 0 0 3 C h i n a Ab s t r a c t T h e p rin c i p l e o f c o l l e c t i n g t h e c l o u d o f p o i n t s b a s e d o n COME T o p t i c a l s c a n n e r a k i n d o f a d v a n c e d o p t i c al s c a n ni n g t ech n o l o g y u s e d i n r e v e r s e e n g i n e e rin g a n d t h e p r a c t i c al a p p l i c a t i o n o f the COMET a r e i n t m d u c e d B y t h e c o mbi n a t i o n o f t h e COMET an d I CON 3D S t u d i o t h e p r o b l e m a b o u t l e s s a c c u r a t e po s i t i o n i s s o l v e d wh e n me a s u rin g l a r g e s i z ed wo r k p i ece Ke y w o r d s r e v e r s e e n n e e ri n g g r a t i n g p r o j ect i o n p h o t o g r a p h m e a s u r e m e n t c o v e ri n g p ane l 0引言 逆向工程作为新产品开发和消化 吸收先进技 术的重要手段 在制造业 特别是航空 汽车 摩托车 等行业 中的应用越来越受到重视 从逆向工程流程 图 1中可以看出 逆向工程 C A D建模的首要任务就 是获得产品复杂表面数据 而测量数据 的可用性决 定了 C A D模型重构 的效果和速度 因此 合理 准 确 快速地获得产品复杂表面数据就变得尤为重要 一一一 1 L I 图 1逆 向 工 程 流 程 图 1 数据采集方法 目前 国内外一般采用三维扫描仪进行数据采 集 根 据三维扫描仪所采用 的原理 结构 工作方 式 可将三维扫描仪分为接触式与非接触式两大类 1 接触式扫描仪通过硬质探针或其他探头接触样 件表面记 录样件表面点 的坐标位 置 可以对具有 复 杂形状工件 的空间尺寸进行 测量 三 坐标测量机 C M M 是采用最广泛 的接触式测量设备 有较 高的 测量准确性和可靠性 2 非接触式扫描仪主要是基 于光学 声学 磁学等领域 中的基 本原理 将一定的 物理模拟量通过适当的算法转换为样件表面的坐标 点 其中应用光学发展起来 的现代三维形状测量方 法应用比较广泛 如投影光栅法 激光三角形法 全 息法和深度图像法等 2拖拉机前机罩表面的数字化 2 1 光栅 测量 1 C O M E T测量系统 C O M E T可 变 焦数 字 测 量 系统 是 由德 国 S t i n b i c h l e r O p t o t ech n i k 公司利用其专利技术研制的 该 系统是由带控制器的测量头 操纵装置 标定板 P C 机和 C O METp l u s 软件组成 该系统采用投影光栅相 移法进行测量 每次测点可达 1 3 0万个 测量精度可 达 0 0 2 n l lT l 该系统相对于其他同类产 品 A t o s 具有以下特 点 C O M ET 系统采用单光栅旋转对物体表面进行测 量 在测量过程中光栅 自动旋转并进行相位移 弥补 了直线移动光栅时光栅条纹方向与特征方向平行或 接近平行时测量数据会残缺不全的缺点 实现对工 件的边界 表面细线条等特征的准确测量 通过光栅 旋转对光栅进行编码 这种编码方 式不需要改变光 栅的节距 光栅的条纹可以做得非常细 可以极大提 高分辨率和精度 采用一 个 C C D镜头 可以将复杂 曲面的阴影降到最小 避免了普通双 C C D系统 固有 的同步误差 2 光栅测量原理 投影光栅法的基本原理是通过投影仪把光栅影 线投影到被测件表面上 受到被测零件表面高度 的 1 6 9 维普资讯 V o 1 2 8 N o 1 l 光学测量技术在覆盖件 C A D模型重建中的应用 曲长立 等 第 2 8 卷第 l l 期 调制 光栅影线发生变形 通过解 调变形 的光栅影 线 就可 以得到被测表面高度信息 如图 2所示 当 入射光 P照射到参考平面上 的 A点时 放上被测物 体后 入射光 P便照射到被测物体上的 D 此时反应 在 C C D上 A点就移到新的位置 C点 距离 A C就携 带了高度信息 h 即高 度受 到 了表面形状 的调制 目前解变形光栅影线的主要方法有傅立叶分析法和 相移法 A 参 看 向 图 2光栅 投影测量原理 2 2摄 影测 量 1 摄影测量原理 摄影测量的基本原理是利用同一物点在不同影 像上的成像坐标来确定该点的三维空间坐标 如图 3所示 物体 由三维空 间上的大量几何点组 成 在 摄影时是不变 的 物体被一次或 多次构像 每张像 片都由像平面上的许多几何像点构成 这些像点与 物点相对应 每张像片都假定是一个透视构像而把 物点和像点联系起来 其元素是点状的投影 中心和 通过空间光束的构像 空间光束与像平 面相交得到 像点 图 3 摄 影测量原理 2 A I C O N 3 D S t u d i o编码参考点编码技术 A I C O N 3 D S t u d i o 采用 2种编码规则的编号参考 点 一种为 l 2位编码 一种为 l 4位编码 其编码原 理运用了近世代数 中群论 的方法 防止了由于不 同 图像中角度的不同造成编号参考点受 自身旋转的影 响 2 3 C O ME T和 A I C 0 N 3 D S t u d i o的 结合 在实际应用 中 C O ME T测量系统依靠事先在零 件模型表面的参考点来定位 并通过获取模型表面 的反射光线得知模型表面的曲面信息 每一次拍摄 必须要有 3个以上的参考点被 C C D镜头 同时获得 而且其 中的 3个点必须是 已经定义过的 然后可根 据这 3个 老点 来定义 新点 如此循环递 推完成 整个测量工作 在数据采集的过程中 误差本身的 产生是不可避免的 但误差 累积到一定程度将无法 满足精度要求 A I C O N 3 D S t u d i o 摄影测量系统正是解决这个问 题的最好方法 之一 首 先利用 A I C O N 3 D S t u d i o摄 影测量系统获取不同图像中编号参考点和标志参考 点的像坐标 利用图像处理及摄影测量技术 根据不 同图像之间编号参考点的像坐标来确定相机的空间 变换 得到一个确定 的空间坐标 系统 然后根据空 间的变换关 系对不同图像中的同一标志参考点进行 匹配 得到所有标志参考点在同一坐标系下的坐标 将其读人 C O ME T光栅测量系统作 为全局定位 和分 片扫描数据拼接 的基准点 这样避免 了仅用 C O M ET 光栅测量系统进行测量时 由于不 同测量图像中 标志参考点空间坐标造成 的叠加误差 从而提高 了 测量精度 2 4应 用 实例 根据前机罩模型表面面积大 光顺 没有明显和 足够多特征点的特点 为了保证光学扫描测量时的 效率和精 度 选用 了 C O M E T和 A I C O N 3 D S t u d i o结 合的测量方案 前机 罩模型测 量流程如 图 4所示 首先在前机罩模型上放置标志参考点 比例尺和十 字尺 如图 5 所示 然后利用高精度数码相机 依照 标准要求 的不同角度进行拍摄 将照相结果输入 专 用处理软 件 A I C O N 3 D S t u d i o 处理 生成位 于车身 坐标系下的参考点列表文件 通过照相法得到在车 身坐标系下的参考点 将 获得 的辅助扫描测量匹配 参考点列表文件导人 C O ME T 2 5 0光栅扫描仪应用程 序 C O ME T p l u s 按照标准操作要求进行扫描测量 把 各片扫描测量点进行整体匹配得到前机 罩点 云 如 图 6所 示 图 4 模型测量流程 图 3结 语 与传统的接触式测量相 比 光栅测量技术具有 测量速度快 扫描范围大 易于实现的优点 因此 广 泛应用于汽车与航天工业 但光栅测量技术也有明 一 l 7 0 维普资讯 第 2 8卷第 1 1 期 2 O O 7年 1 1月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e l V0 I 2 8 No 1 l NO Y 2 00 7 阀体流道 孔清理 的一种新方法 张 辽 源职业技 术学 院 静 吉林 辽源 1 3 6 2 0 0 摘要 液压阀体及 阀板零件 中存在许 多交叉孔道 为 了能加 工出交叉孔就从零件结构上增 加 了一些工艺孔 加工完毕后焊堵堵死 但是这给 交叉孔道的清理增加 了困难 在生产 实际中 为 了便 于清理这些交叉孔道 内的残留物 建议设计将焊堵的结构改成丝扣的结构 安装上调垫及 内六 角螺塞 再进行水压试验 保证安装紧密 关键词 阀体 阀板 焊堵 六角螺塞 丝堵 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 r 7 9 4 2 0 0 7 1 1 0 1 7 1 0 2 Ne w M e t h o d i n Cl e a n i n g u p Ho l e o f Fl o w Cha n n e l o f Va l v e ZHANG J i n g L i a o y u a n V o c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e L i a o y u a n 1 3 6 2 0 0 C h i n a A b s t r a c t T h e r e a r e ma n y o v e r l a p p i n g p a s s a g e w a y s i n t h e c o m p o n e n t s o f h y d r a u l i c v a l v e b o d y a n d v a l v e b o a r d i n o r d e r t o ma n u f a c t u r e the o v e r l a p p i n g h o l e h u ma n i n c r e a s e s o me c r a f t h o l e s wh i c h a l e t o p l u g g e d u p a f t e r the p r o c e s s i n g fin i s h e d b u t thi s i n c r e a s e d the di f fi c u l t y i n c l e a n i n g u p the o v e r l a p p i n g p g a g e wa y s I n a c t u al p r o d u c t i o n i n o rde r t o b e c o n v e n i e n t f o r c l e an i n g u p the r e s i d u u m i n the s e o v e r l a p pi n g p a s s a g e wa y s s u gge s t s t o u s e s c r e w s t r u c t u r e i n s t e a d o f w e l d i ng p l u g i n s t a l l g ask e t a n d i n h e x a g o n a l thr e a d p l u g and the n C a t T y o n t h e h y dr a u l i c t e s t t o g u a r a n t e e c l o s e i n s t all me n t Ke y wo r d s v alv e b o d y v alv e p l a t e w e l d i n g p l u g h e x a g o n al thr e a d p l u g w i r e p l u g 0 前言 在液压 阀体及阀板类零 件中 为 了加工 出交叉 孔道而设置一些 工艺孔 其 密封 问题一直是一个备 受技术人员关注的问题 1 问题的提 出 液压阀体及 阀板零件 的共性结构就是控制油路 多 零件中存在许多交叉孔道 为了能加工出交叉孔 就从零件结构上增加 了一些 工艺孔 加工完毕后焊 堵堵死 但是这给交叉孔 道的清理增加 了