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三维激光扫描机软件设计研究

陆军华  
【摘要】:随着航天、航空、造船、汽车和模具工业的飞速发展,逆向工程已经成为制造业的一个重要环节。实现逆向工程中的一个必要步骤是进行零件表面三维数据的采集。国内外现阶段,完成数据采集主要依赖接触式三坐标测量机。由于接触式三坐标测量机价格昂贵,且不能测量软质物体,所以发展无接触力的非接触式三维激光扫描机十分必要。本论文主要研究三维激光扫描机软件开发技术及其相关理论基础。借鉴国内外成功的激光扫描系统的功能和特点,对基于激光点光源的曲面测量方法作进一步的分析,对三维激光扫描机软件实现的关键技术进行了深入的探讨,并对软件主要模块的设计进行了详细论述。 本文研究内容包括以下几个方面: 1.三维激光扫描机扫描软件的需求分析,包括功能需求分析和用户需求分析。对扫描软件进行了总体设计,包括软件平台和开发工具的选择、软件的模块分析、软件系统框架设计、软件内存管理方法设计等,最后分析了三维激光扫描软件实现的关键技术和主要模块。 2.分析实现Windows平台工业控制软件实时性的方法,重点研究多线程技术、时间基准控制方法、Windows平台下中断的技术和实现方法,并通过实验比较不同方法的优缺点,提出了一种综合运用中断、多线程和定时器的技术方案,并说明了实现的方法。 3.论述了离散数据点的三维显示在三维激光扫描机软件中的重要性,提出了利用OpenGL技术实现离散数据点的三维显示的方法,详细说明了实现的过程和效果,最后还介绍了利用数据点的三维显示进行噪声点剔除的实现。 4.通过分析基于激光点光源的曲面测量方法,详细设计了三维激光扫描软件的扫描控制模块,包括扫描模式的设计、扫描路径的设计、以及边界的自动跟随测量的设计。 5.结合CAD系统中标准数据接口的重要性,介绍了IGES格式作为中间图形数据格式的优点,详细分析了IGES的数据格式,最后阐述了IGES格式数据接口的具体实现方法。 6.详细介绍了三维激光扫描机的硬件研制,对系统运动控制器、精密伺服系统、精密机械系统、激光测头等硬件部件作了描述,对软件的主要界面、功能进行了说明,最后通过测量实例验证了所开发软件的实际应用效果。 最后,总结本论文研究工作的主要结论,并对后续值得深入研究的工作进行了探讨。


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