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光學(xué)三維測(cè)量機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)
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摘 要
逆向工程是當(dāng)前用于產(chǎn)品開發(fā)和仿制加工的一種先進(jìn)手段，是集測(cè)量技術(shù)、CAD技術(shù)、激光技術(shù)、材料技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等為一體的高新技術(shù)，它針對(duì)現(xiàn)有的工件（樣品或模型），利用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x器快速、準(zhǔn)確的測(cè)得大量輪廓坐標(biāo)點(diǎn)，并對(duì)這些坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行去噪，匹配加以構(gòu)建，修改后輸入到CAD/CAM系統(tǒng)，生成NC的刀具加工路徑，或輸入CNC進(jìn)行生成所需的模具，或者生成某種格式的文件輸入到快速成形機(jī)將樣品模型制造出來(lái)。三維光學(xué)測(cè)量機(jī)就是這樣一種設(shè)備，它可以將在三維物理空間中的被測(cè)物體復(fù)制到三維數(shù)據(jù)空間當(dāng)中并進(jìn)行重現(xiàn)，我們稱之為建立三維模型。這種能力使三維掃描儀擁有非常巨大的應(yīng)用前景。由于逆向工程技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)用價(jià)值，因此，世界上主要工業(yè)國(guó)家紛紛投入巨資對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和推廣應(yīng)用，他們無(wú)不站在21世紀(jì)世界制造業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略高度來(lái)對(duì)待這一技術(shù)。目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械零部件的快速開發(fā)、汽車和飛機(jī)覆蓋件的快速檢測(cè)和反求、快速模具、醫(yī)療及康復(fù)工程、家用電器、工業(yè)設(shè)計(jì)、工藝品制作以及兒童玩具等領(lǐng)域，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本次設(shè)計(jì)主要是完成光學(xué)三維測(cè)量機(jī)機(jī)械部分和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本文提出的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)是一種光柵式結(jié)構(gòu)光掃描雙目視覺(jué)測(cè)量技術(shù)。由于是面掃描，所以，在速度上有很大的優(yōu)勢(shì)，可以很好的實(shí)現(xiàn)被測(cè)自由曲面的快速、高精度的三維尺寸測(cè)量。通過(guò)對(duì)測(cè)量機(jī)的個(gè)部分部件的設(shè)計(jì)，最后完成光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的設(shè)計(jì)工作。
關(guān)鍵詞 逆向工程 三維模型 光學(xué)三維測(cè)量機(jī) 光柵 掃描
Abstract
Reverse engineering is currently used for product development and imitation of an advanced means of processing, is set measurement technology, CAD technology, laser technology, materials technology and computer-controlled technology, which integrates high-tech, it addresses the existing part (or sample MODEL), using 3 D digital measuring instruments quickly and accurately measured the outline of a large number coordinates, and coordinates of these points denoising, match to build, the revised import to CAD / CAM system, generating the NC tool processing path, or enter CNC to generate the necessary die, or generate a certain format of the files into a rapid prototyping machine will be created by the sample model. Three-dimensional optical measuring machine is one such device, which can be three-dimensional physical space of the detected objects copied to the 3D data space and return them, we call it the establishment of three-dimensional model. This ability to 3-D scanner has a very great prospect. Since reverse engineering is a wide range of applications and practical value, the world's major industrial countries have invested heavily in research and development of the technology and application, they all stand in the 21st century global competition in world manufacturing strategy to deal with this highly A technology. Currently the technology has been widely used in the rapid development of machinery parts, automobile and aircraft coverage of the rapid detection and anti-seeking, rapid tooling, medical and rehabilitation engineering, home appliances, industrial design, craft making and children's toys, and other fields and achieved A huge economic benefits. The optical design is complete three-dimensional measuring machines and mechanical control system design, the paper's three-dimensional structure of optical measurement system is a grating structure of binocular vision measuring optical scanning technology. Since the scan, therefore, have great speed on the edge, you can achieve very good surface tested free of the fast, high-precision 3D measurement. By measuring machine parts parts of the design, the final completion of three-dimensional optical measuring machine design.
Key words Reverse engineering Three-dimensional model of optical scanning Three-dimensional measuring machines Grating
目 錄
摘要 I
ABSTRaCT II
第一章 緒論 1
引言 1
1.1 三維光學(xué)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2 設(shè)計(jì)研究的目的和意義 3
1.3 本文的內(nèi)容安排 4
1.4 本章總結(jié) 4
第二章 光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的測(cè)量原理 5
2.1 測(cè)量機(jī)的測(cè)量原理 5
2.2 三維測(cè)量機(jī)的特點(diǎn) 5
2.3 控制系統(tǒng)原理介紹 6
2.4 本章總結(jié) 7
第三章 光學(xué)三維測(cè)量機(jī)整體設(shè)計(jì)方案 18
3.1 設(shè)計(jì)要求 8
3.2 光學(xué)三維測(cè)量機(jī)基本結(jié)構(gòu)分析 8
3.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 8
3.2.2 總體設(shè)計(jì)法案的擬定 8
3.2.3 光學(xué)三維測(cè)量機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 9
3.2.4 控制部分設(shè)計(jì) 10
3.3 主要參數(shù)設(shè)定 16
3.4 本章總結(jié) 16
第四章 機(jī)械部分的具體設(shè)計(jì)及其硬件選擇 17
4.1底座設(shè)計(jì) 17
4.2 滑動(dòng)體主要設(shè)計(jì) 18
4.3 光學(xué)掃描儀測(cè)量系統(tǒng)的硬件組成 18
4.3.1結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的硬件組成 18
4.3.2 CCD基本知識(shí) 19
4.3.3圖像采集卡 20
4.3.4選擇結(jié)果 20
4.4 光柵電動(dòng)平移臺(tái)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.5 本章總結(jié) 21
第五章 光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
5.1 控制系統(tǒng)中電機(jī)的選擇 22
5.1.1 步進(jìn)電機(jī)概述 22
5.1.2 電動(dòng)機(jī)容量的選擇原則 22
5.1.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的容量計(jì)算 23
5.2 聯(lián)軸器的選擇 23
5.3 絲杠螺母副的選用計(jì)算 24
5.3.1絲杠螺母導(dǎo)程的確定 24
5.3.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 24
5.3.3 絲杠的等效負(fù)載 24
5.3.4 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 24
5.3.5 計(jì)算軸承動(dòng)載荷 25
5.3.6 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率計(jì)算 25
5.4 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 26
5.5傳動(dòng)精度計(jì)算 26
5.6 本章總結(jié) 27
第六章 總結(jié)和展望 28
6.1 全文總結(jié) 28
6.2 展望 28
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
附錄1 33
附錄2 48
3.1 設(shè)計(jì)要求
在繪制產(chǎn)品總裝圖和部件裝配圖時(shí)要注意設(shè)計(jì)的科學(xué)性和條理性。設(shè)計(jì)一個(gè)部件，其過(guò)程大致如下：首先，確定末端執(zhí)行件的概略形狀尺寸，然后，設(shè)計(jì)末端執(zhí)行件與其相臨的下一個(gè)功能部件的結(jié)合的形式與概率尺寸。若為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一測(cè)相當(dāng)于滑臺(tái)，相臨部件一測(cè)相當(dāng)于滑座，考慮導(dǎo)軌精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類型及尺寸。根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計(jì)結(jié)果和該運(yùn)動(dòng)的行程，直到基礎(chǔ)支撐件。
在設(shè)計(jì)中，處處從實(shí)際出發(fā)分析和處理問(wèn)題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)系實(shí)際是指對(duì)工藝可能性的分析，在參數(shù)擬訂和方案確定中，既要了解當(dāng)今的先進(jìn)生產(chǎn)水平和可能趨勢(shì)，更應(yīng)了解我國(guó)的實(shí)際生產(chǎn)水平，使設(shè)計(jì)的機(jī)器能發(fā)揮最佳的效果。從小處講，指對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械零部件的制造工藝、裝配和維修要進(jìn)行認(rèn)真的切實(shí)際的考慮和分析。學(xué)會(huì)使用設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)推薦的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和各類標(biāo)準(zhǔn)要結(jié)合實(shí)際情況取舍。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解和掌握結(jié)合實(shí)際、綜合思考的設(shè)計(jì)方法。
3.2 光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分析
1， 主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)（X、Y、Z三軸或其它）；
2， 測(cè)頭系統(tǒng)；
3， 電氣控制硬件系統(tǒng)；
4， 數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)（測(cè)量軟件）；
3.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容
設(shè)計(jì)任務(wù)定位在光學(xué)三維測(cè)量機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中機(jī)械部分的設(shè)計(jì)包括底座設(shè)計(jì)，主要承擔(dān)運(yùn)動(dòng)功能。設(shè)備部件易拆易裝，方便帶至測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，不受地域的限制；其次是滑道的設(shè)計(jì)，包括限位手柄、整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 主要使測(cè)量機(jī)的掃描頭可以實(shí)現(xiàn)y軸、z軸、繞z軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)功能，擴(kuò)大其測(cè)量范圍。最后是測(cè)量機(jī)掃描頭的設(shè)計(jì)，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是光柵電動(dòng)平移臺(tái)的設(shè)計(jì)；第二，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
3.2.2 總體設(shè)計(jì)法案的擬定
方案擬訂為測(cè)量機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中主要是測(cè)量機(jī)的整體結(jié)構(gòu)定型；掃描頭沿y、z軸的運(yùn)動(dòng)，繞z軸的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；底座支撐設(shè)計(jì)；掃描頭設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
3.2.3 光學(xué)三維測(cè)量機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)
測(cè)量機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)可歸類于機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，可分為創(chuàng)新設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)、和組合設(shè)計(jì)三大類型，設(shè)計(jì)的過(guò)程隨設(shè)計(jì)類型而不同，其中創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程最典型，可分為產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)四個(gè)階段。產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務(wù)是明確設(shè)計(jì)任務(wù)，通常應(yīng)在市場(chǎng)調(diào)查與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上識(shí)別產(chǎn)品需求，進(jìn)行可行性分析，制定設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書。
初步設(shè)計(jì)方案具體化，技術(shù)設(shè)計(jì)階段是將方案設(shè)計(jì)階段擬訂的初步設(shè)計(jì)方案具體化，確定結(jié)構(gòu)原理方案；進(jìn)行總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
（1）確定結(jié)構(gòu)原理放案
根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，再充分理解原理的基礎(chǔ)上，確定結(jié)構(gòu)原理方案。其中包括決定尺寸的依據(jù)，如功率、流量和聯(lián)系尺寸等；決定布局的依據(jù)等，決定和限制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的空間條件，。在上述的依據(jù)約束下，對(duì)主要功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思，初步確定其材料和形狀，進(jìn)行粗略的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（2）總體設(shè)計(jì)
總體設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是將結(jié)構(gòu)原理方案進(jìn)一步具體化。總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致包括主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、總體布局、系統(tǒng)原理圖、其它。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)原理方案結(jié)構(gòu)化，繪制產(chǎn)品總裝圖；提出初步的零件表及裝配說(shuō)明書。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，充分考慮人機(jī)工程、外觀造型、結(jié)構(gòu)可靠和耐用性、加工和裝配工藝性等。
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