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1、毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化自由曲面形貌测量技术研究1 选题的背景与意义传统的产品开发流程是一种预定的顺序模式,即从市场需求抽象出产品的功能描述(规格及预期指标),然后进行概念设计,在此基础上进行总体及详细的零部件设计,制定工艺流程,设计工夹具,完成加工及装配,通过检验及性能测试,这种开发模式的前提是已完成了产品的蓝图设计或其CAD造型。[1]然而在很多场合下产品的初始信息状态不是CAD模型，例如在航空航天、船舶、汽车及模具制造业中，许多零件具有复杂的自由曲面外形。对于这类零件的设计，通常并不是从已
2、知的理论数据开始，而是直接从曲面模型开始，将曲面模型的几何模拟量精确地转换成CAD/CAM系统能够接受的几何数字量。这一过程即为曲面数字化，主要完成对曲面模型的三维采样。应用数学方法对采样得到的空间点进行滤波、数据压缩、曲面拟合等处理后，则可以得到数字化的曲面形貌。 目前，随着科学技术的高度发展，对自由曲面形貌测量技术的研究已有一定的成果，对推动生产力的发展和社会进步起了积极的作用，如何更快更好的发展科技已成为各国所热切关注的问题。因此，对自由曲面形貌测量技术的运动平台、补偿措施、数学处理和软件功能等方面的
3、发展现状进行分析，并研究新方法的可行性，对国民经济的发展和科学技术水平的提高都具有重要的意义。2研究的基本内容及拟解决的主要问题2.1目前自由曲面形貌的主要测量方法反求工程中自由曲面的测量方法反求工程中自由曲面的测量方法主要有3种：一是接触式测量法，如三坐标测量法；二是非接触测量法，如投影光栅法、激光三角形法、全息法、深度图像三维测量法；三是逐层扫查测量法，如工业CT法、核磁共振法（MRI）、自动断层扫查法等。[2]图1列举了主要的几何形状三维测量方法。5图1 三维几何形状测量方法[6]2.2基础平台及测量头
4、误差补偿措施2.2.1坐标测量机(CMM)坐标测量机作为一种精密的几何量测量手段,在工业中得到广泛应用。传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头,可通过编程规划扫描路径进行点位测量,每一次获取被测形面上一点的X,Y,Z坐标值。这种测量速度很慢。九十年代初,英国Renishaw公司和意大利DEA公司等著名的坐标测量机制造商先后研制出新一代力—位移传感器的扫描测量头,该测头可以在工件上进行滑动测量,连续获取表面的坐标信息,其扫描速度最高可达8m/min,数字化速度最高可达500点/秒,精度也可达30μm。三坐
5、标测量机的特点是测量精度高,对被测物的材质和色泽无特殊要求,对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的零件,CMM5是一种非常有效可靠的三维数字化手段。但不能对软物体进行精密测量。三坐标测量仪价格昂贵,对使用环境要求高,测量速度慢,测量数据密度低,测量过程需人工干预,还需要对测量结果进行探头损伤及探头半径补偿,这些不足限制了它在快速反求领域中的应用。[1]2.2.2测量头误差补偿措施用三坐标测量机进行测量,得到的数据是测头中心的坐标值,而非测头与被测量件接触点的坐标值,需要进行测头球心轨迹曲面生
6、成和测头半径补偿。传统测头半径补偿理论主要有：微平面法、平均矢量法、二次补偿采点法、三点共圆求法线法。[3]2.3目前自由曲面形貌测量技术的数据采集及处理方法2.3.1数据采集数据采集也称零件的数字化，是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据，在此基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。作为逆向工程的第一步，如何高效、高精度的获得实物表面数据是逆向工程实现的基础和关键技术之一。根据测量探头是否和零件表面接触，零件表面的数据采集技术主要可分为接触式和非接触式两种。[4]2.3.2“点云
7、”数据处理对于实际测量而获取的点云数据，要求在模型重构前进行一些必要的处理，即点云数据预处理，从而以获得满意的三维数据。主要包括无用杂点删除、多视点云对齐、数据点云合成、点云数据编辑、数据点云精简及数据点云平滑等。[5]2.4相关软件目前主要应用软件有：ImageWare、GeoMagic、CopyCAD、RapidForm、RE-SOFT等，且各软件也有自身的优缺点。[7]2.5拟解决的主要问题分析自由曲面形貌测量技术的发展研究现状；研究新方法的可行性。3研究的方法与技术路线3.1研究方法根据设计要求，查找
8、与自由曲面形貌测量技术相关的文献资料，对其进行分析总结，了解目前的研究现状，并对新方法的可行性进行研究。3.2技术路线5分析目前研究现状目前自由曲面形貌主要测量方法基础平台及测量头误差补偿措施数据采集及处理方法相关数据处理软件及特点新方法的可行性研究4研究的总体安排与进度：1- 3 周：理解设计任务，收集资料；完成外文翻译；完成文献总数和开题报告。4- 7 周：分析目前自由曲面形貌测量技术的运动平台
