基于三坐标测量仪的自由曲面检测点和路径的规划方法研究【毕业课程设计】
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基于三坐标测量仪的自由曲面检测点和路径的规划方法研究【毕业课程设计】,基于,坐标,测量仪,自由,曲面,检测,以及,路径,规划,计划,方法,法子,研究,钻研,毕业,课程设计
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中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业论文开题报告 学 生 姓 名： 刘子文 学 号： 12020143 名 ： 机械工程系 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 论 文 题 目 ： 基于三坐标测量仪的自由曲面检测点 和路径的规划方法研究 指 导 教 师 : 赵丽琴 2016 年 3 月 21 日 毕 业 论 文 开 题 报 告 1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 课题的研究背 景及意义 三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为 三坐标测量机 或三坐标量床。三坐标测量仪又可定义“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传递讯号，三个轴的位移测量系统（如 光栅尺 ）经数据处理器或计算机等计算出工件的各点（ x， y， z）及各项功能测量的仪器”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。 14 面对日益 激烈的全球化经济竞争形势 ,世界各国都迅速调整其科技政策。产品质量是企业在国际市场竞争中取胜的关键。产品质量检测己成为制造中最重要的问题之一 ,提高检测的效率和精度是企业必须解决和达到的目标。 2而三坐标测量机(是该环境下的理想检测设备。基于 检测软件采用各种智能算法来完成诸如测量点分布规划、检测路径规划、碰撞规避等检测规划活动和检测结果的智能评定与判别以实现测量的智能化。检测规划在智能三坐标测量机中所处的地位至关重要 ,它的好坏不仅决定测 量机智能化的实现 ,而且也直接决定了检测效率的高低。智能三坐标测量机的一个主要表现就是实现检测规划系统的智能化。6 由于三坐标测量机进行自动检测的主要方式就是采集坐标点 ,即在零件上按一定的路径依次测量预设的一组离散采样点 ， 然后利用数学方法对测量数据分析计算并与名义 公差进行比较得到检测结果。因此路径的好坏将直接影响检测效率的高低 ,甚至影响检测的进行。在最短的时间内完成测量 ,同时保证一定的测量精度 ,这是 测追求的最终目标。 3为了缩短检测时间 ,除了提高机器移动速度外 ,便是对路径进行规划。检测路径规划作 为增加 作效率的重要一环 ， 其目标就是要生成一个最优的无碰撞检测路径以使在最短的时间内完成测量 ， 具体涉及最优化测量点检测顺序问题及保证其检测过程安全性的碰撞检查和碰撞规避问题。 5 自由曲面的精确测量和重构是决定具有自由曲面特征的零部件复现精度的重要因素，传统逆向中测量与重构是相互独立又不能有效评估的。为提高自由曲面测量速度和重构精度，基于三坐标测量机 (提出自适应测量的曲面重构方法。测量过程中，通过不断拟合样件上已测点，预算 待测点及其测量矢量，指导 动采集曲面上数据。由点云拟合自由曲面模型后，检验拟合模型上点与样件上相应点的误差；若误差偏大，则在测量点云中加入检测 点后重新拟合曲面，进一步检测重拟合实体模型直至满足精度要求，得到精准数据点和精致的自由曲面模型。 1 内外研究现状 目前以 代表的接触式数字化测量设备 ,和非接触测量方法相比 ,然在数字化速度上比较低 ,但是它具有较高的测量精度 ,且不受物体表面颜色及光照的限制 ,对物体边界也能产生准确的测量结果。其缺点是由于测头的限制 ,可能丢失某些 测头不可到达的细节数据 ,不可测量某些测头不可触及的软材料。另外 ,测量速度受到机构运动的限制。 测量路径规划是确定测头在测量空间的运动轨迹 ,即工件上测量点的检测顺序。目前几乎所有的测量机都是以检测面作为最小的检测单位 ,这就要求必须测量完一检测面后 ,才能进行下一检测面的测量。基于上述情况 ,为了提高检测效率和测量精度 ,在进行路径规划时就需要考虑下列两个方面的因素 :一是在检测过程中测头和测头变换的次数最少 ;二是测头运动的轨迹应最短。 10 国外主流的测量机软件系统都配有测量路径自动生成模块 ,用户只需要通过图形用户 界面同系统进行简单的交互就可生成测量路径。国内测量机软件的研发还处于起步阶段 ,测量机厂商要么使用国外大厂商软件系统 ,要么只有简单的软件。使用国外大厂商的软件 ,不仅要支付高额的费用 ,而且升级也不方便 ,不能根据用户的需要定制。 2 对背景我对本课题的设计与探索 传感技术的改进 传感器技术的进一步发展包括在不接触工件的情况下采集其尺寸数据的能力。如采用激光测头进行探测，将一束相干光投射到被测工件表面，通过对反射光信号进行分析，即可记录到单点或多点尺寸数据（如同采用接触式扫描测头时一样）。 视频传感系统则采用一台摄像机和一套照明系统，可以同时记录大量数据点，能够精确测量工件的边缘，还能记录接触式测头难以检测的微小形貌。 与 新的测量软件、控制器和测头技术相结合，可以大大提高 检测速度。 多功能化 正如将控制软件与换刀装置相结合的多功能机床能在一次装夹中完成工件的多工序加工一样，采用多传感技术的 能在同一台仪器上实现对工件多种误差项目的检测，从而可以节省将工件从一台仪器移至另一台仪器分别测量各项误差所花费的时间和精力，并可将工件在转移、装卸过程中发生损坏的可能性和多次装夹引入 的测量误差降至最低。 多功能化将大大减少测量每种特定的工件参数对单一功能测量机的需求量。随着坐标测量技术的不断发展， 终可能会达到如下理想境界：只需将被测工件放到测量机上，揿一下按钮，即可获得需要的所有测量结果。将来，用一台综合型测量机取代所有的单一功能测量机也完全可能实现。 4 努力降低测量成本 长期以来，测量、检查工作大都要求设置恒温室，以提高测量的可靠性；恒温室温度的调节范围越狭小，维护控制费用也越高。因此， 在 那种在广泛的温度范围内仍能充分发挥其性能的 三坐标 测量仪器， 可 以降低测量成本 。严格控制温度的恒温室中移至生产现场进行测量，测量精度也可得到有效保证 。 这一点在精密测量行业有着重要的开创意义，而且对用户也是极为有利的。 6 在用 行测量时，检测点数目及分布的确定不但与加工过程的工艺能力、要求达到的检测精度等因素有关，而且还与被测曲面的实际形状有关。采用实验方法，得到在一定的工艺能力和相同检测精度下不同曲率的被测曲线单位长度上所需检测点数的 曲线，该曲线可用来指导以后类似情况下检测点的确定。在相同的检测精度下，采用按曲率分布检测点要比传统的均匀分布所用检测点数少，从而缩短了 检测时间，降低了检测成本。 1 参考文献 ： 1高国军，陈康宁 ， 张申生等 J1996， 30(7) : 57 63 2 安卫三 机的误差校正、检定与改装技术的现状和发展动态 . 航空精密制造技术 , 1 望场 , 3 2 (2） 3 赵韩 ,刘达新 ,董玉德 ,王万龙 三坐标测量机检测规划系统的开发 4 汪玉玺 ,王万龙 ,董玉德 ,刘达新 机辅助工程 ,2007,16(2):28 一 31,37 5刘达新 ,赵韩 ,董玉德 ,王万龙 计算机辅助设 计与图形学学报 ,2009,21(6):804 一 811 6吴永清 ,刘书桂 ,张国雄 J,中国机 械工程 ,2001,12(7):828 一 832. 7谢小正 面测量路径研究 D. 兰州 : 兰州理工大学 , 2008. 8徐丽丽 ,白万民 J. 机械工程与自动化 , 2006,23(6): 616. 9吴雪梅，文珈，于广滨，等 . 基于三坐标测量数据的点云曲面重构 J. 工程图学学报， 2011， 32(2)： 68 10邹刚 三坐标测量机测量路径自动生成的研究 与实践， 2004， 24( 3):6 8 11宋春刚自由曲面的接触式测量路径规划方法研究 J 2003， 20(5) :3 5 12龚玉玲 基于准 型的 动测量技术研究 D无锡 :江南大学， 2008 13 王增强 量曲面 测头半径补偿与路径规划研究 J机床与液压， 2006( 3) :75 77 14张国雄三坐标测量机 M1999 毕 业 论 文 开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 型曲面测量中工件坐标系的建立、测量区域划分、测量路径规划、 测点自适应分布问题 找相关的书籍对题目的意义进行研究，通过分析和研究找到论文的核心所在，在解决了解三坐标测量仪的组成及测量原理，参考了 天津大学出版社 的 三坐标测量机 一书。 在解决如何确定自由曲面上检测点数量及分布的问题时借鉴了 西安交通大学 的高国军对 测自由曲面时检测点和路径的规划方法研究 的相关知识。 根据学校的规定，合理的安排时间，做到每周都能够完成预定的工作： 第一周： 熟悉课题 ； 第二周： 搜
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