复杂曲面测量与重构成型的精度研究

摘要:利用现有的软硬件设施,如三维测量仪ATOS测童系统、点云处理软件Imageware、三维建模软件UG等,以一些产品造型的逆向设计过程为主线,结合逆向工程和工业设计的特点,对逆向工程和快速成型在工业设计中的精度控制问题进行探讨和研究,提出了一种新的误差评价方法,分析了各种误差产生的原因并给了提高精度的办法。

1 逆向工程中的精度检测

随着计算机软件和硬件的不断发展,
CAD/CAM技术对自由曲面产品的设计和制造提供了越来越大的支持。但是,有些自由曲面产品往往最初以手工制作模型的形式存在,即实际上不存在CAD模型。为了利用先进的数控加工技术和快速原型制造技术,就需要从已存在的实物出发反向构造CAD模型,这就是逆向工程的概念。在本文所处的环境条件下,在经过比较和分析之后,可以采用如下一种可行的系统方案,如图1所示。首先,利用ATOS光学扫描仪等设备测量原型件的表面,获取复杂形状的自由曲面产品三维点云。然后,通过曲面拟合软件Imageware软件和三维造型软件UG等构造CAD模型,由此驱动快速原型机制造产品。

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快速逆向工程的研究大多集中于点云数据处理和点云的曲面拟合等方面,但对其中各环节的精度评价和误差分析研究得较少。实际上,经常需要基于CAD模型进行制造件加工精度的检测。同时评价重构模型精度也是非常重要的,这是以原型件为参考检测重构模型的过程。本文针对这些特点,对选择的方案中影响精度的各个环节进行了分析。

2 结构光测量仪的误差分析

德国GOM公司新近推出的以数码相机为基础的光学三维测量系统.它包括测量头、三脚架、控制器和计算机。测量头中间是普通光源,两端是CCD摄像头(如图2所示)。其数据采集原理是投影光栅法(如图3所示)。

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该测量仪可以自由地绕着被测物体移动,能够在无任何平台的支撑下实现流动式操作。每幅扫描照片可获得工件表面400 000个点的三维坐标,扫描精度达0. 03 mm,整体拼合扫描精度为0. 1 mm/m。

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