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曲面测量技术综述

发布时间:2020-11-21 12:03 作者:电玩城捕鱼

  曲面测量技术综述_机械/仪表_工程科技_专业资料。本文介绍了曲面测量的一些方法

  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 摘要 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 关键词 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(Reverse Engineering)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 CAD 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 接触式测量法: RE 传统上使用三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,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(Point to Point Method)、截面扫描 (Section Scanning Method)。 2. 非接触式测量法 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: 逐层扫描法是 RP 生长成型的逆过程,主要有工业CT(Computed Tomography) 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。 能否测内 测量方法 精度 速度 形状限制 材料限制 成本 部轮廓 三坐标测量 高 慢 否 无 无 高 机法 +0.5um 较低 表面变化 投影光栅法 快 否 无 低 +0.02mm 不能过陡 非接触式测 较高 表面不能 快 否 无 较高 量(激光) +0.5um 过于光滑 工业CT扫描 低 较慢 能 无 有 很高 和核磁共振 (1mm) 较低 逐层扫描 较慢 能 无 无 较高 +0.025um 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.


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