曲面测量技术综述

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1、曲面测量技术综述摘要：简要介绍了目在曲面测量中所采用的各种测量方法，并对它们的特点及适用场合进行了详细的比较。关键词：反求工程；接触式测量；逐层扫描；曲面近十年来，随着航天、航空、造船、汽车和模具工业的飞速发展，对产品性能、外形等方面的要求越来越高，使得自由曲面零件在现代工业中得到了越来越广泛的应用而对该类零件的精度检验和反求都离不开对曲面的测量。伴随反求工程(反求工程即逆向工程，逆向工程(ReverseEngineering)是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件的模型（称为零件原形），利用各种数字化技术及C

2、AD技术重新构造原形CAD模型的过程)的兴起，复杂曲面测量技术研究的目的不只是为了评定曲面的质量而且为了获取曲面的几何形状信息。曲面——曲线——点集——测点集的分解次序是实现复杂曲面测量的基本思想。目前采用的RE测量方法主要有三种，分别为接触式测量法、非接触式测量法和逐层扫描法。1.接触式测量法:RE传统上使用三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine，CMM)法，又称探针扫描，它主要应用于由基本的几何形体（如平面、圆柱面、圆锥面、球面等）构成的实体的数字化过程，适用于测量实体外部的几何形状。采用该方法可以达到很高的测量精

3、度（±0.5ìm），但测量速度很慢，并易于损伤探头或划伤被测实体表面，而且价格较高，对使用环境也有一定要求。采用这种方法会使测量周期大大延长，从而不能充分发挥快速成形技术“快速”的优越性。一般来说，CMM有两种不同的测量方式:点对点测量（PointtoPointMethod）、截面扫描（SectionScanningMethod）。2.非接触式测量法:非接触式数据采集方法有光学测量、激光三角形法、超声波测量、电磁测量等方式。根据测量原理的不同，以激光作为基本光源，分为光点、单线条、多光条等结构模式，采用光电敏感元件在另一位置接收激光的反射能量，将

4、其投射到被测物体表面，通过被测物体基平面、象点、象距等之间的关系计算物体的信息，依据光点或光条在物体上成象的偏移，非接触式数据采集方法可探测到被测机械测头难以测量到的部位，能够真实反映被测物体表面的外形。非接触测量一般具有较高的测量速度并且不会划伤被测零件。非接触式数据采集方法由于没有力的作用，采用非接触式探头测量，适用于测量较柔软物体。对易变形的零件、精度要求不高的零件、要求海量数据的零件、不考虑测量本钱及其相关软硬件的配套情况下的测量，适合运用非接触式数据采集方法。3.逐层扫描法:逐层扫描法是RP生长成型的逆过程，主要有工业CT(Comput

5、edTomography)扫描、核磁共振和自动断层扫描。工业CT扫描和核磁共振根据CT图像来重构三维模型，适合于测量被测实体复杂的内部几何形状。工业CT扫描与核磁共振测量精度很低，目前最小层厚度达1mm，在这种精度下是无法做出实用的零件的。此外，这种方法测量速度慢，设备昂贵，对运行环境的要求也高，加上对被测实体的尺寸和材料也有限制，因而不能广泛应用于快速成形技术。但它是目前唯一的一种既测量了实体复杂的内部几何形状，又不破坏实体的技术。自动断层扫描是一种采用材料逐层去除和逐层光扫描相结合的方法。这种方法是对实体进行破坏性测量，其基本原理是：用数控铣

6、床或磨床，以一定的厚度去掉被测实体的一层，然后利用摄像系统摄取片层二维图像，最后经过图像处理获取片层三维轮廓的边界数据。采用这种方法片层厚度最小可达0.01mm，测量精度为±0.025mm。与工业CT与核磁共振相比，价格便宜70%~80%，而测量精度却高很多。但它的测量速度慢，且对贵重被测实体不宜采用。上述这些测量方法应用于快速成形时各有优缺点，它们之间的对比见下表。测量方法精度速度能否测内部轮廓形状限制材料限制成本三坐标测量机法高+0.5um慢否无无高投影光栅法较低+0.02mm快否表面变化不能过陡无低非接触式测量（激光）较高+0.5um快否表

7、面不能过于光滑无较高工业CT扫描和核磁共振低（>1mm）较慢能无有很高逐层扫描较低+0.025um较慢能无无较高总结复杂曲面测量涉及的技术问题十分广泛，上述介绍的是三种不同方式的测量方法。随着科学技术的发展，对一些复杂曲面的精度提出了越来越高要求，而先进制造技术的进步也为高效、高精度制造复杂曲面提供了可能。如何高效、高准确度地测量复杂曲面仍将是几何量计测技术的一项重要研究课题。参考文献1.石照耀，谢华锟,费业泰.复杂曲面测量技术的研究综述.机械工艺师.2000,11.2.王英惠,赵汝嘉,栗全庆.基于逐层切削扫描测量法的实用化逆向工程.小型微型计算

8、机系统.2003,6.3.李剑,鞠华,王恒奎,王文,陈子辰.自由曲面测量研究综述.测量与设备.2001,1.