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基于概率地图的CMM曲面测量路径研究

谢小正  
【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。而从实物原型中提取能反映原型的三维特征量信息,直接影响实物原型逼真度,也影响逆向工程后续数据处理和最终建模的效果。所以,对自由曲面零件进行三维几何形状的高效测量对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。 本文在综述国内外文献的基础上,结合对我院相关先进制造设备的使用并达到进一步研究和开发的目的,选择在三坐标测量机上对自由曲面的测量路径规划这一在逆向工程复杂曲面测量中的难点问题进行了一定的探讨。文中讨论了基于坐标测量机的曲面测量的基本思想,并对其关键技术即测量路径规划问题进行了具体研究。在准确描述测量路径规划问题的基础上,对已有的解决该问题的方法从硬件即测量设备和软件即路径规划算法两个角度分别进行综合分析,一定程度上指出了各方法存在的不足。课题创新之处在于将应用于运动规划领域躲避障碍物的有效空间路径规划的概率地图方法辩证的应用于三坐标测量机测量路径的规划。结合概率地图方法的框架,将测量过程分解为预处理和实时在线两个过程,首先在预处理阶段,将测量环境中测头和被测量物体的粗略外形映射到位姿空间中概率地图的节点和边及被测物区域。然后在线处理阶段,对于未知CAD模型的自由曲面零件的测量路径依照概率地图搜索出一条合理的测量路径,从而实现路径规划和预测,进一步可解决测头对被测曲面的沿一定路径跟随问题,使测头路径能够密切跟随曲面形状的变化,使得测量实现起来可行、安全、高效。该法也有效地避免了传统方法所必需的在线阶段的碰撞检测处理,并且减少了搜索空间。在论文最后,对测量软件从结构层次角度进行了初步分析。


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