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自由曲面接触式测量方法研究与原型系统研制

兰诗涛  
【摘要】:现代制造业的产品具有信息模型和实物两种不同范畴的表现形式,而产品生产中最具创新和价值的部分被包含在产品信息模型中,对于在现代工业中得到广泛应用的自由曲面零件尤为如此。所以,对自由曲面零件进行三维几何形状测量、数学建模和数控加工及产品表面质量评定具有重要的现实意义。本文在分析国内外关于自由曲面测量方法、路径规划、碰撞检查及规避、测量数据处理等研究现状及发展趋势的基础上,综合利用机械、测量、CAD/CAM和计算机控制等技术,研制开发了基于开放式运动控制卡的接触式测量原型系统;并对接触式测量系统所涉及相关问题进行了深入的研究。 第一章综述了自由曲面测量方法、接触式测量路径规划、碰撞检查及规避、测点数据预处理等相关研究概况,分析该领域目前存在的问题,确定本论文主要研究内容。 第二章根据接触式测量系统的功能需求分析,提出了接触式测量系统的总体设计方案,包括硬件结构和软件组成功能两部分。 第三章研究自由曲面接触式测量路径规划问题,提出了未知曲面自适应测量的三角形细分法,实现测点的自适应分布;并通过仿真实验验证了该方法的有效性。然后探讨了接触式测量中测量路径的生成及其优化方法。 第四章探讨了CAD模型已知情况下的碰撞规避问题,主要包括扩张障碍物法和射线跟踪法。这些方法可以较好的解决接触式测量中已知CAD模型时的碰撞规避;而对于CAD模型未知情况下的碰撞规避,采用常用的“生成--测试”的方法,并对几种常见的碰撞情况进行了讨论。 第五章介绍了接触式测量数据的噪声处理和坏点剔除;然后详细论述了采用微平面法进行半径补偿处理的算法。另外还将测量得到的数据进行了IGES标准文件格式的转换,以利进行后续处理。 第六章介绍了接触式测量系统的实现及其开发的关键技术、主要的软件功能模块等;然后分析了影响该测量系统精度的主要因素,并进行了相关的实验研究。 第七章概括了全文研究的主要结论,并对接触式测量系统的后续研究提出了自己的看法,进行了展望。


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