多关节坐标测量机的软件研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要反求工程作为一种新型的设计方法，在吸收国内外的先进制造技术、缩短产品的开发周期以及降低生产成本等方面发挥着重大的作用。六自由度多关节坐标测量机融合了接触式测量和激光扫描两种测量方法的优点，带来了一种全新的产品设计、制造及三维尺寸测量模式，具有很好的科研价值和市场前景。本文在前人工作的基础上，对新开发的多关节坐标测量机的软件系统和基础算法进行了一系列研究。首先论述了多关节坐标测量机的软件PowerACMM的开发方法和体系结构。PowerACMM基于演进式的柔性软件开发过程进行开发，适应

2、了软件在开发过程中需求不断变化的情况。在分析测量系统的操作流程和主要功能模块的基础上，抽象出软件的层次结构，并根据面向对象的程序设计方法，设计了系统中的关键类。软件的实现包括了下文所述数学模型和相关算法。在Denavit-Hartenberg方法基础上，建立了关节臂的数学模型和测量运动方程，并利用图解仿真试验，验证了测量运动方程的正确性。建立了关节臂的参数误差模型，并设计出一种全新的标定块，利用最小二乘法和迭代法快速、高精度的实现了关节臂的结构参数和运动参数标定。激光扫描头的参数标定和三维数据匹配这两个过程都以

3、CCD采集的数字图像为信息源，提取图像中的有用信息是系统软件的关键任务之一。本文详细论述并在软件中实现了上述两个过程中所需的图像处理算法，提出了一种结合梯度锐化和重心法的中心提取算法，很好地解决了环境噪声对测量精度的影响，精度达到亚像素级。关键词：反求工程关节式坐标测量机数学模型参数标定图像处理I华中科技大学硕士学位论文AbstractReverseengineeringasanewdesignmethodcandoalotofthingsinabsorptiondomesticandinternational

4、advancedtechnique,shortentheproduct'sdevelopmentperiodandlowertheproductioncost.TheArticulatedCoordinateMeasuringMachines(ACMM)putnon-contactmethodsandtactilemethodstogetherperfectly;bringanewproducttodesign,manufacturingandthreedimsmeasuremode.Thisthesis,ba

5、sedonaseriesofjobsofpredecessor,doalotofresearchonsoftwareandbasicalgorithmofnewlydevelopedACMM.Firstly,thedevelopingmethodandthearchitectureofPowerACMM－thesoftwareforArticulatedCoordinateMeasuringMachineisdiscussed.Anevolutionalflexiblesoftwaredevelopingpro

6、cessisadoptedtodevelopsuchacomplexsystemthatmanysubjectsaredubiousorunknownbeforedevelopment.Inanalysistheprocessandmainmodularfunctionofthemeasuringsystem,thispaperabstractedthestructureofhierarchies,designedkeyclassesofthesystem.PowerACMMincludesthemathema

7、ticalmoduleandrelevantalgorithmasfollows.OnthebasisofD-Hmethod,builtthemathematicalmoduleandmovementequationofprobeend;andthendesignedanewcalibrationblockforparametercalibration,withleastsquareanditerationmethod,ithasrealizedafastandhighlyprecisecalibrationo

8、fstructureparametersandmotionparameters.Parameterdecisionoflaserscannerand3DdatamatchingbaseonimagedatacollectedbyCCD,extractingusefulinformationofimageiscriticaltaskofsystemsoftware.Thispaperdi