【毕业设计】光学三维测量机毕业设计 ㊣ 精品文档 值得下载

的具体设计及其硬件选择底座设计滑动体主要设计光学扫描仪测量系统的硬件组成结构光三维测量系统的硬件组成基本知识图像采集卡选择结果光栅电动平移台基本结构设计本章总结第五章光学三维测量机的设计计算控制系统中电机的选择步进电机概述电动机容量的选择原则步进电动机的容量计算，联轴器的选择，丝杠螺母副的选用计算丝杠螺母导程的确定，确定丝杠的等效转速丝杠的等效负载确定丝杠所受的最大动载荷计算轴承动载荷，丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率计算，丝杠的扭转刚度传动精度计算本章总结第六章总结和展望全文总结展望致谢，参考文献，附录附录第章绪论引言随着计算机与网络技术的发展，信息高速公路加快了科技信息的传播速度，产品生命周期越来越短。

追求完美与个性化的消费需求使产品品种越来越多，批量越来越小，企业间的竞争不再只是质量与成本上的竞争。

而更重要的是产品开发速度以及上市时间的竞争，这种趋势在世纪头年将日趋强劲。

因此产品的开发速度和制造技术的柔性和可移植性变得十分关键。

快速原型制造，以下简称技术就是在这种背景下产生的。

技术综合运用了计算机辅助设计技术数控技术激光技术材料科学和自动化控制等技术的发展成果，采用分层增材制造的新概念取代传统的去材或变形法加工，是当代最具有代表性的制造技术之。

快速原型制造技术对所加工的零件的几何形状无特别要求，可以将给定数据还原成实体模型，即它可快速准确地将设计思想变为具有定功能的原型或零件，以便进行快速的评估及功能测试，从而大大缩短产品的研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场的进程。

对于大多数产品，都可以在通用的软件上设计出它们的三维模型，求得相应的数据，另方面我们还需要对原产品进行复制或仿制加工，或进行产品的二次开发，在些情况下由于存在多种因素的影响，如功能，工艺，外观，使得相当些零件的形状很复杂，无法用通用的方法在软件上准确的设计出它们的实物模型，而且整个开发周期长，开发成本高，因此有必要首先开发出定比例的小的实物模型，如木模，蜡模等。

反求工程也称逆向工程应运而生，反求工程是根据已有的实物样件，利用测量技术快速测得实物的数据点，反求出初始的设计意图，包括形状材料工艺等诸多方面。

所谓逆向工程是相对于通常的先有设计意图再进行设计然后再加工出实物的设计流程顺向工程而言。

如图所示逆向工程是当前用于产品开发和仿制加工的种先进手段，是集测量技术技术激光技术材料技术和计算机控制技术等为体的高新技术，它针对现有的工件样品或模型，利用数字化测量仪器快速准确的测得大量轮廓坐标点，并对这些坐标点进行去噪，匹配加以构建，修改后输入到系统，生成的刀具加工路径，或输入进行生成所需的模具，或者生成种格式的文件输入到快速成形机将样品模型制造出来。

光学三维测量机的应用与发展状况三维光学测量机就是这样种设备，它可以将在三维物理空间中的被测物体复制到三维数据空间当中并进行重现，我们称之为建立三维模型。

这种能力使三维扫描仪拥有非常巨大的应用前景。

由于逆向工程技术具有广泛的应用领域和实用价值，因此，世界上主要工业国家纷纷投入巨资对此项技术进行研发和推广应用，他们无不站在世纪世界制造业全球竞争的战略高度来对待这技术。

目前该项技术已经广泛应用于机械零部件的快速开发汽车和飞机覆盖件的快速检测和反求快速模具医疗及康复工程家用电器工业设计工艺品制作以及儿童玩具等领域，取得了巨大的经济效益。

目前，国外不同测量原理的逆向设备已进入我国市场，如英国公司德国公司以及美国日本比利时等国产品。

国外设备虽然性能优良，但价格十分昂贵，国内企业，特别是大量的中小企业般很难有能力购买。

而且国外产品并不能完全适合我国国情，还需本土化。

课题组申请的省自然科学基金资助项目，能够从整体上降低逆向工程技术在我国的使用门槛，使国内众多的中小企业能够使用这种先进技术来提高产品开发能力和市场竞争能力。

国外生产厂家采取多种方式大力推介他们的设备，如，德国公司正在开发中文版三维测量软件。

形势十分严峻，时不我待。

尽快开发出提升我国制造业水平和自主创新能力的这关键设备，是我们义不容辞的责任。

近年来，华中科技大学上海交大西安交大清华大学南京航空航天大学大连理工大学等高校也加强了对逆向工程技术的研究。

华中科技大学生产了我国第台商品化激光线扫描台式反求设备，北京天远公司也推出了他们的产品。

但总体上来看，国内的逆向工程技术研究和设备研发还处于初级阶段，设备品种单，与国外先进技术相比还有很大差距，远没有达到大面积推广与应用的水平。

设计研究的目的和意义逆向工程在传统的汽车，航空航天，通讯家电艺术品的快速模具制造与检测领域有着广泛的应用。

它是门集机器视觉光学测量数控精密机械图像采集与处理工业设计为体的高新技术，是曲线形状控制的曲线。

其次，均匀分布数据点对拟合曲线来说是比较好的。

在实际的测量中，些因素如机器的颤抖，系统中的噪音，和被测量物体表面的粗糙，这都将影响测量的结果。

所有这些现象都将引起在经过问题点的曲线的局部颤抖。

因此，对于产生个高质量的曲线，光滑有序的点云数据是必须的。

获得均匀分布的数据点，可以提高拟合曲线参数的结果。

就象在方程式中数学方面所展示的那样，通过和数据点分布致的参数决定的基本函数和数据点，确定了控制点。

如果数据是不均匀的，这些控点也会分布不均匀还将引起拟合曲线的不平滑。

正如上面所提及到的，在实际案例测量中个物体模型经常有些诸如空洞，内凹和小范围的切片，这些都将阻止探针获得均匀分布的数据点。

如果条曲线不是用均匀分布的数据点拟合重建的，就像图中所示，产生的曲线会和真实测量物体的形状不符。

图说明了更光滑和更准确的重建可以通过系列均匀分布的空间数据点获得，数据点预处理。

预先处理的数据点正如上面所述，为了达到使系列数据点适合曲线的要求，在拟合曲线之前，对数据点进行预处理是非常重要和必须的。

在下面的描述中，将介绍有种对拟合曲线有用而且有效的的数据预处理办法，这种办法的构想是用绝对的或明确的形式将系列测量结果设为不含参数的方程式，这些方程式必须满足曲率的连续性，对于个飞机模型，个明确的不含参数方程式的般形式图示说明，个总的逆向工程中预处理数据点的程序。

数据点的移动第步是删除不需要和不规则的数据点。

通过从物理模型和现存模型测量的原始数据点是离散形式的，当这些测量的点用图表示出来时，明显偏离原始曲线的数据点，可通过设计者的般处理和可见的搜寻能被有选择的剔除掉。

此外，为进步处理清晰的不连续的在形状上急转变化的点，可以很容易的把他们分开。

在逆向工程中，从测量点中产生个模型已经发展了很多种途径。

个复杂的模型经常要通过将完整的模型细分成单独的简单模型来构建。

在个系统中，每个单独的表面定义了个简单的特性。

个完整的的模型就可以通过更进步的修整，融合，整合获得，或者用其他的表面处理工具。

当个设计者把从存在的物体中测量的系列数据进行细分时，要求通过定义单独的简单表面来重新构建个完整的模型。

因此，数据点的曲率分析被用来将细分的的数据点归成单独的小类。

为了提炼出再建的模型，在这步中，依据曲率推算和数据点分析的结果，数据点被归为不同的类，如个维作标的曲线，曲线被定义如下如果数据用离散的形式表示出来，同架飞机中任何三个不连续的点，这三点形成平面和个中心和的曲率可以定义为图说明了个例子，组成数据点的飞机轮廓的曲度用先前方法推算，数据点从到之间的变化决定了曲线的曲度，就像图中所示。

这表明数据点中有些半径为的点。

然而，这些数据可以从原始数据中分离出来而形成个简单的特性。

通过弧度分析，这组数据点被分成了几类。

从外观上急剧变化的原始数据的点被分成了这组组数据。

在分割完以后，单独的数据类被单独地回归为明确的不含参数的方程式。

然而个好的有序的，接近空间的数据点可以从回归方程式中得出。

从而得到合适的拟合曲线。

新的数据点对于拟合简单的单独的没有内部约束的曲线是有效的。

这些能被用于更进步的编辑和修改，如修饰和伸展。

通过联合单独曲线就可以构建出外观，设计者不遗余力地努力实现个完整的模型，从而形成设计意图。

此外，通过被测量数据和回归方程式的回归性操作，些回归性的也被介绍出来，在下面的列子中，来讨论回归方程式的顺序，因为它显示出了和回归性有密切联系。

假设系列现存的数据点，用不同顺序回归。

图显示说明了通过方法推算的回归方程式和回归性之间的关系。

这数字显示了方程式顺序增加会引起的减少。

然而，在多数实例中，当用第个回归方程式的时候，第项的系数变成零第项方程式的和第项的是样的了。

这就意味着设计者仅仅回归了第个方程式的数据点。

在实际应用中，第个方程式已经满足了工业应用中的模型再建对曲度来连续的要求。

应用为了提高先前提到的用预先处理过的数据拟合曲线的方法的有效性和灵活性。

个应用的列子是先面图表中的步骤，个致的测量仪器配合个接触式探针和统计软件是常用来系统实施的工具，通过标准的探针和测量软件，部分的表面测量就可以实现为了确定先前的方法在实际应用中的有用性，商用的系统和，经常结合使用。

执行系统组成的配置执行的物理模型在工具中，系统的各部分整体结构如图所示。

首先经过筛选描述的曲线形状应用模型可以用测量出来。

对于典型的对称几何物理实体，如图所示，被在应用的例子中使用，个对称实体的模型可以很容易的被通过对称线的对称性映射出来。

因此，些可选的具有对称性的曲线仅仅要求半曲线的数据，然后另半可以映射出来从而产生条完整的曲线，测量结果如图所示当测量的数据十分完整时，单个描述不同可选曲线的数据点被单独的处理。

在这个应用案列中，在这条曲线上获取个点，作为个预先处理数据点的例子来说明这条中间可选择曲线的加工处理，如图所示在数据分割步骤中，这些明显从数据点分类中脱离出来的不规则的点和明确的不连续的点被直接在预处理过程中剔除掉。

分割后，残留的数据点包括个点，如图所示。

测量结果初始点决定的代表性曲线的主要曲率变化通过中间点的方法平滑曲线代表曲线预处理重要数据点的步骤为了分割数据点，描述曲线残留数据点的曲度可以被推算和在图中绘制出来。

由于物理实体工具表面还没有定义，通过这些测量点决定的曲度可能极大的偏