基于CMM复杂曲面测量的采样方法及测头半径补偿研究

作     者：廖菲 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾韬

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：三坐标测量机 测量规划 采样方法 测头半径补偿 

摘      要：自由曲线、自由曲面的测量是汽车、模具和螺旋锥齿轮加工等工业领域中一个非常重要的问题。如何对其进行有效的、高精度的检测,能否得到通用的检测方法和数据处理方法是一个难题。本文以油箱外壳为研究对象,利用GLOBAL STATUS575型海克斯康桥式三坐标测量机为实验平台进行测量试验,研究了测量路径的优化及测头半径补偿的问题。本文完成的主要工作如下: 1.论述分析了国内外自由曲面测量技术的研究现状、发展趋势和存在的问题。现有的采样方法对未知曲面的测量具有一定的局限性,比如采样点的分布不能完全体现曲面特性,采样点过多、不易实现实时测量等。而测头半径补偿研究的难点是,如何在保证测量速度的同时,提高实时补偿精度。 2.在对传统的自由曲面采样方法进行分析的基础上,提出了一种基于曲面自有特性的三次样条预测方法,通过已测点构建三次样条插值函数,确定采样点的数量及分布,并用Matlab软件进行测算。 3.应用三次样条预测方法实现对油箱部件表面的点触发测量,并将测得的点拟合成曲线。通过与10次多项式法采集的数据对比分析,证明应用三次样条预测方法指导曲面测量可提高预测精度和测量效率,并且使采样点的分布体现自由曲面的特征。 4.对油箱外壳进行完整的曲面测量规划实验,用Imageware软件对测得的点云数据进行预处理,实现曲面重建。 5.阐述了测头半径补偿原理,在分析已有的二维和三维补偿方法的基础上,提出了新的基于四点共球理论的微球面补偿方法。 6.应用微球面补偿方法,对已测得的油箱外壳数据进行半径补偿,通过与B样条曲面拟合补偿法进行分析比较,验证并其运量算小于B样条曲面拟合补偿法,更适合实时补偿。并且在自由曲面的曲率变化急剧时,补偿精度要高于B样条曲面拟合补偿法。 通过测算分析和测量规划实验证明,论文提出的基于三次样条插值的采样方法和基于四点共球理论的测头半径补偿方法实现了对自由曲面的测量优化,满足了使用要求,有一定的实际应用价值。