复杂曲面三维轮廓精度数字化比对检测与误差分析

针对外形复杂的自由曲面,缺乏准确高效的检测方法这一现状,提出了基于光学测量和计算机图形图像处理技术的三维检测方法。利用激光扫描技术获取复杂曲面点云数据,通过快速检测软件,将扫描点云数据与CAD模型进行比对。介绍了实物模型数字化过程及多视点云数据拼合方法。针对可能产生加工误差的原因,以一尊佛像为例,检测了复杂曲面的3D偏差,并结合加工工艺分析出了实际误差产生的原因。该研究为复杂曲面的检测、加工质量控制提供了科学、快捷的方法。     

基于柱面轮廓反求工程的数字化测量及数据处理

柱面轮廓的数字化测量及数据处理是其反求工程的关键技术，将直接影响曲面重构的精度。采用了接触式测量方式获取工件数据。这种测量方式配合测量软件可快速准确地测量出物体的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球。针对复杂曲面的数字化测量和数据处理，提出了建立形状不规则零件测量坐标系的新方法和最佳测量规划，对测量数据进行高精度的处理，得到了反求工程中曲面重构的“点云”数据。     

基于线激光扫描的飞机表面锪窝孔参数提取方法

飞机表面孔的加工和检测仍是飞机自动化装配领域的一大瓶颈,主要有工程量大,材料复杂多样,精度要求高以及表面多为大型自由曲面等原因。为了实现飞机表面锪窝孔的非接触式自动化检测,首先分析实际工程中锪孔检测的难点,结合装配时的根本质量需求和接触式量规的测量原理,给出锪孔参数的评价标准;然后,借助窝深量规的测量原理,提出一种针对粗糙曲面工件的补偿模型及修正算法;最后,基于线激光三维扫描技术得到的点云数据及灰度图,综合运用点云库和计算机视觉等技术,提出一种飞机表面锪孔参数的高精度提取方法。通过多组试验,比较该方法测量结果与标准件及量规测量结果的差异,验证了该方法能够高效、准确地检测锪孔的相关参数。     

反求工程中基于边界扩展的三角网格构造

针对非接触式方式测量的大规模散乱点云数据建模，提出一种三角剖分算法，该算法适用于多张自由曲面片构成的曲面物体，尤其适用于含内孔的曲面对象。算法过程包括两个阶段：第一阶段，采用一种空间栅格装点法来进行初始点云数据精简，精简比率通过栅格小正方体单元尺寸控制；第二阶段，构造种子三角形，通过连接已剖分网格区域的边界边与最优扩展点采形成三角网格，从而向外延展，也可以时一个带有内孔的复杂自由曲面直接进行三角剖分，无需人工分区。实验结果表明该算法可以快速、有效地从三维数据点云建立几何模型。     

微型复杂曲面重构方法研究

微型复杂曲面广泛存在于生物体特征的医疗产品中,是逆向重构和三维检测的难点。以定制耳内式助听器复杂曲面重构为例,对参数转化中模型信息的完整化进行研究。通过红外激光扫描仪采集机壳点云数据,并进行预处理,采用精确曲面法生成高精度及光顺的机壳曲面并将其实体化。将助听器点云数据和重构曲面进行比对,得到重构模型的精度为0.05 mm。利用SLA技术打印生成高精度助听器样机,并与原助听器点云数据进行比对,试验得到曲面的重构精度为0.065 mm,结果显示:该曲面重构的方法准确、有效,可为微型复杂曲面重构提供有效支撑。     

近景摄影测量技术在钢轨检测中的应用研究

为解决手工检测工具效率低、检测结果不便于数字化管理和工作强度大等弊端,将非接触式近景摄影测量技术与三维结构光检测相结合,提出一种准确获取钢轨的三维点云数据,进而得到钢轨表面轮廓参数的有效手段.使用近景摄影测量技术获取标志点的空间位置,以此作为点云扫描的全局拼接点;利用三维结构光扫描仪获取钢轨的点云数据,从而获取钢轨表面轮廓参数;对比研究近景摄影测量技术对检测结果与测量精度的影响.铁路现场试验表明:该方法的测量精度可达0.08 mm,可实现对钢轨表面轮廓参数的精确测量.     

iPoint3D曲面检测软件开发与工程应用综述

三维光学测量为大型复杂零件精密制造提供了新手段,但实际操作时面临两大难题:其一,非接触式光学测量存在数据规模大、测点噪音与层叠、测点密度不均、初始位姿任意、曲面误差计算难等诸多问题;其二,缺乏统一的数据存储格式、专用检测工艺库和批处理操作,需多款商业软件人机反复交互,效率低下、一致性差。针对这些难题,系统介绍了相位移面阵测量原理、点云微分信息估计、点云精简/光顺、点云-曲面匹配、点云-曲面误差计算等大规模测点处理算法,以此为基础综述了iPoint3D软件开发层次结构、主要功能模块、人机操作界面、IPD数据存储格式,并给出了iPoint3D软件批处理操作的实现方法和检测报告生成流程。最后介绍了完全自主开发的iPoint3D软件在汽车曲轴检测、航空叶片检测、锻造大叶片变形检测、机器人磨削叶片余量分配、机器人铣削蒙皮轨迹计算、核主泵法兰面机器人检测、柔性曲面共形打印视觉定位等工业场景的计算过程和应用效果,并讨论了复杂曲面零件三维光学测量的发展趋势。     

基于关节臂测量机的发动机叶片型面测量技术研究

航空发动机叶片的型面质量直接影响其能量转换效率,长期以来针对复杂曲面零件的数字化测量一直是众多学者的研究热点。关节臂测量机既能通过硬测头实现接触式测量,又能实现非接触式激光扫描测量。基于特征块的特征并结合最小二乘法实现点云数据的精确拼接,对发动机叶片数字化测量技术的发展起到了积极的作用。     

基于逆向工程技术的汽车后挡玻璃曲面重构技术研究

以某车后挡玻璃为研究对象,通过三坐标测量仪非接触式测量获取零件曲面的点云数据,并利用UG软件进行点云数据处理,且基于NURBS曲面重构理论进行零件曲面造型,同时对曲面进行光顺性检查。与传统的设计方法相比,提高了工作效率,缩短了新产品的研发周期。     

基于逆向工程的汽车覆盖件曲面重构技术研究

针对汽车覆盖件复杂曲面重构效率低和精度光顺度低等问题,提出基于逆向工程的多种曲面重构技术相结合的方法。通过多种测量技术采集多组点云数据,采用除噪、平滑等技术进行点云预处理,将多组点云数据统一到同一坐标系下,并通过研究Bezier理论和NURBS理论的优缺点,采用多种重构技术相结合的方法达到快速曲面重构的目的。采用该方法进行了汽车覆盖件车门内板的重构,结果表明该方法能够方便快捷地达到复杂曲面重构的精度和光顺度要求,具有较好的实用性。     

机械装备零件逆向建模中的数据处理技术应用

以机械装备零件中的滤清器上盖为研究对象,针对关节臂式三维激光扫描仪的特点,介绍了逆向工程中的数据测量方法,分析了影响测量精度的因素。基于非接触式测量点云数据的特征,从多视拼合、噪声去除、数据精简、数据平滑等方面对点云数据处理方法进行了研究,并提出有针对性的处理措施加以改善。最后对点云数据进行了基于Imageware软件的模型坐标系建立以及基于Geomagic Studio软件的零件曲面重建,为探索逆向工程在机械装备零件模型重建中的应用提供技术借鉴。     

一种面向点云制造自由曲面的CMM自适应采样方法

通过分析点云制造过程,提出了一种面向点云制造自由曲面的CMM自适应采样方法。首先,提取点云边界并选择初始采样点,进而依据中间曲面与原始点云之间的偏差不断自适应地增加采样点,直至满足采样精度要求。并提出了相应的点云边界提取方法以及点云与自由曲面偏差的计算方法。最后,将所提方法与具有代表性的两种采样方法:基于高斯曲率的自适应采样和等参数采样进行了对比,并分别以三种方法得到的采样点在三坐标测量机上进行测量,通过测量结果及测量时间的对比验证了所提出的自适应采样方法能够在提高采样效率的同时保持较高的采样精度,且该方法不依赖于曲面的CAD模型,因此能够应用于点云制造自由曲面的测量及检测。     

基于三维点云的接触网几何参数检测方法

接触网作为高速铁路牵引供电系统的重要组成部分,其几何参数直接影响列车受流质量与行车安全。随着高速铁路6C检测技术规范的提出,通过计算机视觉技术进行非接触式接触网检测受到更多重视。针对电气化铁路接触网几何参数检测问题,提出了一种基于三维点云连续线性体特征的非接触式接触线导高、拉出值计算方法。采集接触网三维点云数据后去除数据中噪声及背景点干扰;基于接触网点云特征改进随机抽样一致(RANSAC)算法,进行空间连续直线检测及接触线点云数据提取;最后,由空间旋转平移信息得出相机坐标系到世界坐标系的转换矩阵,并由此计算出接触线的几何参数。该方法求出的导高与光学仪器静态测量值之差小于4 mm,拉出值之差小于9 mm,符合实际检测需求,验证了该方法的有效性和准确性。     

考虑定向能量沉积工艺特点的减材加工余量优化

针对定向能量沉积(DED)复杂曲面零件余量不均及台阶效应明显等问题,提出了考虑DED复杂曲面成形特点的中面动态配准技术,以优化后处理减材加工余量。首先根据扫描路径构建曲面零件最小外包络的截面线,用于在机检测毛坯点云;然后提取理论模型中面与测量毛坯中面点云,引入不同区域配准精度要求,利用动态加权迭代最近邻点算法实现加工余量优化,并通过两简单案例对算法可行性进行初步验证;最后,以离心叶轮叶片为复杂案例,分析所提余量优化方法的准确性,并与基于遗传算法的多配准精度要求的加工余量优化技术进行对比。结果表明,所提余量优化算法的配准精度及计算效率高,可用于DED制造复杂曲面类零件的余量快速优化。     

基于工业 CT 的零件内外曲面形位误差分析

针对具有复杂内腔结构零件的内部曲面形位误差分析困难的问题,提出了一种基于工业 CT 技术的零件复杂内腔的形 位误差分析方法。 首先,使用工业 CT 对零件进行扫描并重建为测量 STL 模型。 然后将设计 IGES 模型离散为 STL 模型与测量 STL 模型进行配准。 其次,利用设计 IGES 模型作为引导,判定测量 STL 模型中的点和 IGES 模型各曲面的归属,自动分割测量 STL 模型中的所有曲面。 最后,选取设计 IGES 模型的曲面并对曲面对应的点云簇进行形位误差分析。 选取百万级测量点云的 阀体模型进行实验,完整地分割点云模型所有曲面,选择任意曲面进行形位误差分析,测得选定内部曲面的圆柱度为 1. 11 mm、 平面度为 0. 61 mm、平行度为 1. 92 mm。 本文方法只需输入零件测量 STL 模型和零件设计 IGES 模型,再选取设计 IGES 模型待 测曲面就可以自动地完成零件内外曲面的形位误差分析。     

深腔内壁曲面轮廓度误差在线快速测量系统的研制

针对深腔内壁曲面的加工轮廓度误差检测缺乏高效准确的检测方法现状,搭建了一种快捷有效的在线接触式快速测量系统。以某型航空发动机机匣内流道的检测为例,开展了对机匣内流道样件取点的验证试验。结果表明,该系统测量误差为0.094mm,测量不确定度达到0.0342mm,检测效率相较于人工操作提升了1.3倍。该系统解决了易干涉非回转类深腔复杂曲面加工轮廓度误差的在线快速检测问题,并为类似的深腔内壁表面轮廓误差的快速检测提供了参考。     

基于点云数据的复杂型面数字化检测技术研究

针对设计制造流程中复杂型面检测难的问题,建立了由数据获取、点云与计算机辅助设计模型匹配及偏差分析组成的数字化测量系统。采用格雷码加相移技术的三维非接触式光学测量技术,获取了待测零件的表面数据。为满足光学三角法要求,在测量机构中采用了定制光栅,提出了具有小扰动的改进最邻近点迭代算法进行点云与计算机辅助设计模型的准确匹配。在偏差分析中采用多分辨率层次分析法对测量点云与计算机辅助设计模型进行比较,为设计人员及时提供了精度分析数据,使设计制造检测成为一个反馈系统。以某型号轿车车灯配光镜为例,验证了该系统的可行性。     

逆向技术在柴油机气道曲面造型中的应用

对柴油机螺旋进气道逆向造型进行研究.利用接触式三坐标测量机对气道表面进行了数据测量,在专用逆向软件Imageware中对获得的点云数据进行了处理,通过点、线、面的过程构建出完整的三维曲面模型.对重建的三维模型与原始点云进行了误差检测,最大偏差小于0.5mm,最终的封闭曲面可通过IGES格式传输到通用商业CAD/CAM软件.逆向技术缩短了气道的开发周期,节约了气道造型设计成本.     

复杂曲面反向工程的数字化测量及数据处理的研究

复杂曲面的数字化测量及数据处理是其反向工程的关键技术，将直接影响曲面重构的精度。针对复杂曲面的数字化测量和数据处理，提出了建立形状不规则零件测量坐标系的新方法和最佳测量规划，以及用Cimatron软件对测量数据进行高精度处理的方法，得到了反向工程中曲面重构的“点云”数据。     

数模比对在复杂模具曲面检测中的应用研究

针对复杂模具表面曲面检测难以及检测要求高等问题,提出了应用数模比对方法进行模具曲面精度检测。以带复杂滚花特征的车用皮带轮作为检测对象,通过激光扫描仪采集获取点云数据模型,在Geomagic Qualify软件平台上对点云数据模型和原始CAD模型进行数模比对,实现对模具整体偏差、重要截面以及尺寸精度的检测。该研究为复杂模具表面的检测提供了快捷、方便、准确的方法。