为准确测量并联机床的位姿,提高并联机床的运动精度,提出一种基于视觉的位姿测量方法用于并联机构的末端位姿检测。采用Femto深度相机作为测量设备搭建测量平台,并用棋盘格标定板和MATLAB对相机进行标定;将标靶置于动平台进行位姿采集,利用点云库对采集后的数据进行过滤和提取;最后,将计算出的实际位姿与输入位姿进行实验比较。结果表明X、Y、Z轴的最大误差分别为0.071、0.047、0.394 mm,绕X、Y、Z轴旋转的最大误差分别为0.09°、0.09°、0.14°,满足精度要求,证明了此方法的有效性。此方法操作高效便捷、成本低廉,在保证高检测精度的同时,可为位姿测量和后续标定实验提供新思路。

在Geomagic中通过对螺旋桨叶片点云文件进行点云预处理、封装形成三角面,在多边形阶段进行模型修补和模型优化,进行曲面分类以及对轮廓线进行编辑,最终拟合成曲面。将其导入UG软件中进行模型创建,并完成螺旋桨叶片的五轴数控编程。

针对传统逆向工艺难以完成结构复杂及软材料工件成型的问题,提出了一种基于逆向技术与模具技术的工件快速成型方法。以软体材料制作的多腔式气动驱动器为例,采用激光扫描系统采集工件点云数据,利用Geomagic Design X软件对点云数据进行了预处理,根据曲面拟合方法重构了软体气动驱动器的三维模型;将过渡模型与重构的软体气动驱动器模型进行了布尔运算,并将运算结果进行了拆解处理;运用3D打印技术与封模技术制作出了浇注模具,完成了对多腔式气动驱动器的快速成型制造。研究结果表明采用该快速成型方法,重建的三维模型的最大上偏差为0.0642,最大下偏差为0.1952,标准偏差为0.0637,满足了模型的精度需求;利用逆向技术与模具技术可以完成多腔式气动驱动器的快速制造;该方法可为复杂结构的软体材料工件的快速成型提供一种切实可行的思路。

三偏心蝶阀依靠蝶板和阀座密封面的充分面接触实现零泄漏的密封效果,而密封面的加工制造精度对密封性能有着至关重要的作用。现有的密封面测量主要依赖离线测量的方式,存在着测量基准不统一、二次装夹造成的测量误差等问题。本文提出了密封面精密在位测量技术以及原始点云数据处理方法。针对被测密封面,提出波谷-聚类算法和考虑约束条件的法矢-曲面拟合算法,得出密封面的关键参数和加工误差。该算法较最小二乘法等算法在相对求解精度上提高了60%以上。现场在位测量的三偏心蝶阀密封面锥角与三坐标仪测量结果的相对误差仅为0.43%,满足测量相对误差±0.5%的要求,密封面在位测量技术的测量精度得到了有效验证,为今后高端阀门的精密测量提供了可靠的技术手段。

为获取多深孔特征汽车端盖的实体化模型,对其模型重构方法进行研究。运用Geomagic Wrap完成点云数据的精简和噪点的去除,应用GA-BP算法对跨面点云孔洞修补。利用Geomagic Design X的正逆向结合设计功能,截取深孔特征处的轮廓;基于点云的自动特征识别进行参数化修正,运用正向设计命令完成实体模型的重构。采用Geomagic Control X软件对实体模型与原始点云数据的偏差进行分析,验证了该建模思路能够获得满足精度要求的汽车端盖实体模型,对具有相似情况的零件模型重构提供了参考。

针对汽车转向节自动化加工需求,研究转向节位姿估计实现方法。构建转向节检测整体方案,对相机畸变进行标定,并根据标定结果产生点云;针对转向节中心孔尺寸存在偏差,无法直接利用点云配准技术实现3D坐标间接定位问题,利用2D图像处理确定像素坐标配合深度相机索引深度值确定抓取点3D坐标;对转向节不同姿态估计问题,利用SAC-IA算法将待检测转向节点云与模板转向节点云进行初始配准,再利用NDT算法进行细配准;开发软件进行测试。结果表明:用所提算法细配准,匹配得分为27 mm2,验证了转向节姿态估计的精度。

对曲面重构的方法进行研究,实现单件蜗轮三维模型的快速重构。采用非接触式三维扫描仪获得点云数据,使用逆向工程软件Imageware对点云数据进行预处理和曲面重构,主要讨论曲线重构曲面和点云直接拟合曲面的两种方法,并对两种方法得到的曲面进行拟合精度和光顺性的对比分析,在UG中完成蜗轮三维模型的基准坐标系对齐和后续实体的建模操作。结果显示,曲线重构曲面的方法更能满足蜗轮齿面的精度和光顺性要求。采用这种方法可以快速实现蜗轮三维模型的精准重构,为蜗轮单件、小批量的快速再制造提供了CAD模型。

基于Win3DD-M三维扫描装置、Geomagic Wrap和Geomagic Design X软件平台,采用逆向设计方法对全曲面零件——环形锚钩进行了三维数字化设计,在分析零件工艺特点和加工难点的基础上,对零件的加工工艺方案进行了研究,最后利用UG自动编程软件根据零件特征选择合理的加工方法和策略,生成零件的数控加工程序,将程序导入数控铣床加工得到了零件的再设计实物,将该零件装入器械后运行效果良好。