基于三坐标测量机的曲面测量规划方法

　　1概述

　　逆向工程(反求工程)是对产品设计过程的一种描述,是指借助各类测量手段和技术从实际物体上采集大量的三维坐标点,由这些数据点建立该物体的几何模型, 并结合快速成形技术(RPM),从而更快速地制造出产品。主要包括数据采集、数据处理、CAD 几何建模、产品模拟及再设计、后处理等流程。已知 CAD 模型的自由曲面规划方法是在设计基准坐标系下根据加工精度要求确定测点数和测点分布, 以及对应理论模型上的点,由这些点指导三坐标测量机进行测量。因此,采样方式的不同决定了采样到点集的不同。只有测得的离散数据分布和曲面的特征分布相一致,才能合理的描述曲面,满足曲面造型的需要。适合于曲面的采样方式满足:

　　1) 采样点数相同的情况下, 采样点分布的准确程度。

　　2) 相同准确度的情况下, 采样点数最少。传统的测量路径类似于曲面加工中的行切法和环切法的行扫描和环扫描测量方式, 在用它们对自由曲面进行自适应测量时,需测点数会随着自由曲面的复杂程度的提高而显著增加,精确程度和效率也随之大幅度降低。

　　2常见的曲面测量规划方法

　　目前应用于逆向反求工程中的常见方法有: 点光源激光测头速度控制仿型测量法、基于有界曲率平面曲线局部有界性的速度圆矢量分解仿型测量法、曲面三角形自适应测量方法、等步长测量方法、圆弧插值测量法和多项式法等。其中较常用的是曲面三角形自适应测量方法和等步长测量方法。曲面三角形自适应测量方法。理想的测量路径方法是使测点分布的疏密随曲面曲率的变化而变化,曲率越大,测点越密,反之则越稀疏。这种测量方法充分利用了待测曲面的几何特性,使得测点的分布随曲面曲率的大小的变化而变化, 减少了冗余数据,而且测点数据拓扑结构明显,有利于后续的数据处理。但其缺点是对测点的处理比较琐碎,一般需要计算和编程处理,很难实现实时测量。等步长测量法。测量的时候采取等间距取点,这种采样方法简单易用,但其缺点是当曲面曲率变化范围大时, 容易出现在曲面曲率变化大的地方取点少, 曲率变化小的地方反而取点多的现象。

　　圆弧插值测量法。用一小段已知圆心和半径的圆弧去近似或拟合对任意一小段曲线, 而且不在同一直线上的 3 点可确定一个圆, 因此可用三坐标测量机手动测量三点的坐标值 P1、P2、P3,然后根据这 3 点确定拟合圆 O1。假设第 4 点 的坐标落在拟合圆O1上, 显然圆 O1的半径 R 体现了曲面和曲线在此处的曲率,因此步长可定为 R/2,由此引导测头测量真实的第4 点P4。同理,由P2、P3、P4三点可拟合圆 O2,预测第5 点 。问题是如果遇到 3 点共线时,无法拟合圆,因此,可假设第4 点 落在这条直线上,且步长为P1到 P3距离的一半。