快速扫描三坐标激光测量技术研究

【摘要】：三坐标测量机作为一种测量仪器,越来越广泛的应用于制造,电子,汽车和航天等工业中,而且成为不可缺少的组成部分。三坐标测量技术自从20世纪60年代发展以来,已经逐渐成熟,现主要向高效率,高精度非接触式方向发展。 本文主要以激光测距式非接触三坐标测量仪为研究对象,在测量模型的建立,控制系统,激光测头特性,数据采集处理及数据接口等方面,以提高测量效率和精度为目的,从实践出发分析采用了一些实际可行的理论和方法,并最后对一实物进行了测量。 在测量模型建立方面,本文采用了点云和基于曲线的模型重建两种测量模式,并对这两种模型的具体建立方法进行了研究。给出已知数学模型曲线的建模方式,未知数学模型曲线的B样条建模方式。并针对这两种测量模式对整个测量过程做了整体规划。 在控制系统方面,针对本文研究的旋转工作台式非接触激光测量仪,采用了上位机控制的整体控制方案,并对其误差给出了补偿方案。为了进一步提高测量效率和精度,本文在控制方面还给出了仿形跟踪控制原理以及实现方法。 在激光测头特性方面,针对三角激光测头本身所固有的非线性,采用了先用实验方式测得数据,再作局部线性化处理的修正方法;对于激光测头在测量过程中的动态特性,本文从试验出发,分析并推导出扫描速度与被测面形状的关系。 在测量数据方面,本文选用国际流行的图形数据转换标准IGES标准作为本系统与其它CAD软件的数据传送接口,在此基础上针对本系统的数据特点建立了由采集点到IGES实体数据格式,再到形成IGES文件过程规划与实现。