三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的空間曲面測(cè)量路徑優(yōu)化分析

1、第 31 卷第 2 期2005年 3 月中國(guó)測(cè)試技術(shù)CHI NA ME AS URE ME NT TECH NO LOGY V ol 131N o 12Mar ,2005三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的空間曲面測(cè)量路徑優(yōu)化分析王萍, 謝馳, 廖世鵬(四川大學(xué)制造學(xué)院 , 四川成都 610065摘要:本文主要介紹了廣泛應(yīng)用于反求工程中的三坐標(biāo)機(jī)的測(cè)量原理, 并介紹了應(yīng)用三坐標(biāo)機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí), 幾種曲面測(cè)量規(guī)劃和測(cè)量路徑優(yōu)化的方法。最后例舉了建筑安全帽的測(cè)量過程。關(guān)鍵詞:反求工程 ; 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) ; 測(cè)量規(guī)劃 ; 測(cè)量路徑優(yōu)化中圖分類號(hào):TB86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào) :167224984(200502200302

2、03Measure routes optimization analysis based on the CMMW ANG Ping , XIE Chie , LI AO Shi 2peng(C ollege of Manu facturing Science and Engineering ,S ichuan University,Chengdu 610065Abstract :This paper discussed the w orking principle of the C M M , is in 1And listedseveral methods of measure progra

3、mming and measure routes 1, example of safecap measure was analyzed to illuminate the optimization of K ey w ords :Reverseengineering ;C M M ;Measure 1引言的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù), 由具有反求設(shè)計(jì)能力的軟件 (如 Surfacer ,Imageware ,UG等 完成實(shí)物模型或樣件的外形重構(gòu) , 為產(chǎn)品的再創(chuàng)新工程服務(wù)。從原形中提取三維數(shù)據(jù)信息 , 既將原形數(shù)字化處理 , 是反求工程的第一步 , 也是關(guān)鍵的一步 , 它影響著后續(xù)處理的速度及精度。測(cè)量數(shù)據(jù)的

4、好壞直接決定了后續(xù)處理的難易。本文基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的空間曲面測(cè)量路徑優(yōu)化分析 , 提出了對(duì)安全帽測(cè)量的測(cè)量?jī)?yōu)化的實(shí)現(xiàn)。該方法具有方法簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快的特點(diǎn)。2 曲面測(cè)量規(guī)劃及路徑的優(yōu)化211 曲面測(cè)量規(guī)劃收稿日期 :2004210220; 收到修改稿日期 :2005201208曲面測(cè)量規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)曲面自動(dòng)測(cè)量的基礎(chǔ), 也是一個(gè)難點(diǎn)。合理的曲面離散數(shù)據(jù)描述模型應(yīng)滿足下述淮則 :離散點(diǎn)數(shù)據(jù)分布應(yīng)和曲面的特征分布相一致 , 即在曲面曲率變化較大的區(qū)域 , 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分布較密 , 而曲率變化較小的區(qū)域 , 測(cè)點(diǎn)分布較疏 ; 測(cè)點(diǎn)形成的拓?fù)渚W(wǎng)格結(jié)構(gòu)較優(yōu) , 以滿足曲面造型的需要 ; 具有與 C AD/C A

5、M 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)接口。目前應(yīng)用于反求工程中的常見曲面測(cè)量規(guī)劃方法有 :點(diǎn)光源激光測(cè)頭速度控制仿形測(cè)量法、基于有界曲率平面曲線局部有界性的速度圓矢量分解仿形測(cè)量方法、曲面三角形自適應(yīng)測(cè)量方法、等步長(zhǎng)測(cè)量法等。在曲面的規(guī)劃中目前較常采用的是曲面三角形自適應(yīng)算法和等步長(zhǎng)測(cè)量法。曲面三角形自適應(yīng)算法充分利用了待測(cè)曲面的幾何特性 , 使得測(cè)點(diǎn)的分布隨曲面曲率大小變化而第 31卷第 2期王萍等 :三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的空間曲面測(cè)量路徑優(yōu)化分析31變化 , 減少了冗余數(shù)據(jù)且測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)明顯, 有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。缺點(diǎn)是:對(duì)測(cè)點(diǎn)的處理比較瑣碎 , 很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量。等步長(zhǎng)測(cè)量法 , 測(cè)量的時(shí)候采取等間

6、距取點(diǎn)。這種方法的缺點(diǎn)是當(dāng)曲面曲率變化范圍較大時(shí) , 容易出現(xiàn)在曲面曲率大的地方取點(diǎn)少, 曲率變化小的地方取點(diǎn)多的現(xiàn)象。但由于它方法簡(jiǎn)單 , 易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量 , 在實(shí)際測(cè)量中應(yīng)用廣泛。在安全帽的測(cè)量中 , 由于被測(cè)曲面的曲率變化基本上是一致的, 因此 , 整體上采用等步長(zhǎng)測(cè)量法, 對(duì)于特別的特征 , 進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量。 212測(cè)量路徑優(yōu)化實(shí)際測(cè)量中 , 零件的形狀是各種各樣的。如何能夠?qū)崿F(xiàn)快速、安全的測(cè)量是曲面測(cè)量中的一個(gè)重要問題。測(cè)量路徑優(yōu)化的目的 :使測(cè)量頭以盡可能短的路徑安全而又高效地遍歷待測(cè)曲面的檢測(cè)區(qū)域。(1 傳統(tǒng)的測(cè)量路徑采用類似于曲面加工中行式。 :當(dāng)存在測(cè)量障礙區(qū)時(shí) , (2 。

7、“它結(jié)合 B 樣條空間則 , 把三維空間中的路徑優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為二維矩陣中的路徑優(yōu)化問題。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是 :可有效避開測(cè)量障礙區(qū) , 空行程少 ; 缺點(diǎn)是 :容易漏掉一部分可測(cè)點(diǎn) , 應(yīng)用有很大的局限性。被測(cè)安全帽是左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)的, 并且它的表面不存在深孔等測(cè)量障礙, 因此 , 在測(cè)量過程中 , 采用了行掃描測(cè)量模式結(jié)合環(huán)形掃描測(cè)量模式。為了節(jié)省測(cè)量時(shí)間 , 只需要測(cè)量它一半的數(shù)據(jù) , 就可以通過鏡像得到它另外一半的數(shù)據(jù)。首先 , 在安全帽上粗測(cè)四個(gè)角點(diǎn) , 獲得安全帽的大概尺寸值。然后固定 Z 值在一個(gè)截面上進(jìn)行曲線測(cè)量。截面上的曲線形狀類似于橢圓 , 測(cè)量的時(shí)候 , 設(shè)立了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn) ,

8、在測(cè)量長(zhǎng)弧時(shí) , 固定 Y 值坐標(biāo) , 給 X 值一定增量 , 即測(cè)量是沿 X 軸進(jìn)行的 , 在測(cè)量短弧時(shí) , 固定 X 值坐標(biāo) , 給 Y 值一定增量 , 測(cè)量沿 Y 軸進(jìn)行。在測(cè)量過程中 ,為了避免測(cè)頭與工件相撞損壞測(cè)頭, 一般都要設(shè)立安全點(diǎn)。測(cè)頭碰觸到工件上的點(diǎn)后 , 在測(cè)頭自動(dòng)保護(hù)程序的驅(qū)動(dòng)下 , 自動(dòng)彈開一小段距離 , 然后后退到程序中設(shè)定的安全點(diǎn)位置 , 再沿測(cè)量軸前進(jìn)一個(gè)步距 , 進(jìn)行下一點(diǎn)的測(cè)量。下面是兩種安全點(diǎn)的設(shè)立方法。以沿 Y 軸測(cè)量方向?yàn)槔?,P1(X1, Y 1,Z1 曲面上一個(gè)已知點(diǎn) , 兩種方法的程序段分別是 :(a M OVE T O (X1+a , Y 1,Z

9、1 ! 移動(dòng)到第一個(gè)安全點(diǎn)MTO(a 1+步距 , Z1 ! 沿=Y 1! Y 1 新值(X ,Y,Z ! 測(cè)量并記錄下一點(diǎn)P 的坐 M OVE T O (X1+ 安全距離 a , Y 1,Z1 ! 測(cè)頭退到下一個(gè)安全點(diǎn)(b M OVE T O (X1+ 安全距離 b , Y 1,Z1 ! 移動(dòng)到第一個(gè)安全點(diǎn)M OVE T O (X1+ 安全距離 b , Y 1+步距 , Z1 ! 沿 Y 軸移動(dòng)一個(gè)步距Y 1=Y 1+步距! 賦值給 Y 1 新值ME AS URE (X ,Y,Z ! 測(cè)量并記錄下一點(diǎn)P 的坐標(biāo)值X1=X ! 將測(cè)點(diǎn)的實(shí)際 X 坐標(biāo)值賦給 X1M OVE T O (X1+ 安

10、全距離 b , Y 1,Z1 ! 測(cè)頭退到下一個(gè)安全點(diǎn)觀察兩個(gè)程序 , 可以看出 , 兩者唯一的區(qū)別是在 (b 程序段中存在一個(gè)不斷給 X1 賦值的語(yǔ)句 , 而由于這個(gè)語(yǔ)句的存在 , 將會(huì)使測(cè)頭后退的 “安全距離 b ”遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 “安全距離 a ”實(shí),驗(yàn)數(shù)據(jù)為 , 安全距離 a =Y 向測(cè)量的曲線段中所有點(diǎn)的最大 X 坐標(biāo)值 +7mm =35mm ; 安全距離 b =7mm 。由上面的圖中可以直觀看出測(cè)頭行走路線的不同方法 (b 與方法 (a 比較而言 , 減少了測(cè)頭的空行程 , 大大節(jié)約了時(shí)間。3 安全帽測(cè)量實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)量裝置是德國(guó)Mahr 公司生產(chǎn)的 PMC650 三坐標(biāo)機(jī) , 儀器

11、測(cè)量精度是 3+L/20032中國(guó)測(cè)試技術(shù)2005年 3 月( m。在整個(gè)測(cè)量過程中采用一個(gè)加長(zhǎng)測(cè)桿使用機(jī)械式探針完成整個(gè)零件的測(cè)量。行被記憶下來的測(cè)量程序, 這樣就可以得到不受手動(dòng)操作的測(cè)力大小影響的邊緣數(shù)據(jù)。(3 自由曲面部分的測(cè)量 對(duì)于自由曲面部分 , 采用的是編程測(cè)量的方法 , 測(cè)量路徑的規(guī)劃 , 如前面已進(jìn)行的詳細(xì)論述。(4 帽頂突起特征的測(cè)量根據(jù)前面提到過的曲面測(cè)量規(guī)劃的準(zhǔn)則, 對(duì)安全帽頂?shù)耐黄鸺鞍枷萏卣鞑捎玫氖鞘謩?dòng)單獨(dú)測(cè)量, 方法步驟跟 (1 類似。4結(jié)論在基于三坐標(biāo)機(jī)的零件的測(cè)量中 , 如何能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)測(cè)量 , 是反向工程中的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看到

12、, 一個(gè)優(yōu)良的測(cè)量規(guī)劃 , 可以大大提高測(cè)量的效率 , 降低工作量 , 并得到便于建模的數(shù)據(jù)。針對(duì)不同類型的實(shí)際零件 , 。1, , (1 零件定位及建立測(cè)量坐標(biāo)系由于在這個(gè)測(cè)量過程中 , 無須改變零件的位置 , 因此 , 為了簡(jiǎn)單起見 , 采用機(jī)器坐標(biāo)系作為零件的測(cè)量坐標(biāo)系。具體做法:將安全帽在工作臺(tái)上用 V 型塊平行支撐起來 , 并且使安全帽的中心對(duì)稱面與三坐標(biāo)機(jī)的一個(gè)測(cè)量軸近似平行 , 小平臺(tái) , 測(cè)量其中小平臺(tái)外側(cè)平面 , 置位置 , 。(2 對(duì)于邊緣數(shù)據(jù) , 無法直接進(jìn)行編程測(cè)量 , 但由于本臺(tái) C M M 具有自動(dòng)記憶的功能 , 所以可以先手動(dòng)控制測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量 , 然后自動(dòng)執(zhí)1,

13、1, 1J1,1999,26(3 13李劍 , 鞠華, 等 1 自由曲面測(cè)量研究綜述 J1 計(jì)量技術(shù) ,2001,114 金 濤 , 童水光 , 等 1 逆向工程技術(shù) M1 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2003:46-5315 王平江 , 陳吉紅 , 等 1 空間自由曲面數(shù)控測(cè)量系統(tǒng)中測(cè)量路徑的優(yōu)化 J1 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) ,1994,101 (上接第 11 頁(yè)5 結(jié)束語(yǔ)上述車載鋰離子電池組均衡系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn) :采用車載輔助電源作為充放電過程中電能的中轉(zhuǎn)裝置 , 從而有效的減少了電能的不必要浪費(fèi) ; 采用單總線的方式避免了均衡和單體電壓、溫度采樣模塊與主控板之間連線多的問題 ; 均衡和

14、單體電壓、溫度的采樣集成到一塊小電路板上 , 這樣可以很方便的為每一支電池配備一個(gè)這樣的獨(dú)立模塊 ; 控制策略上 , 充電過程中 , 單體電壓高于平均值的單體進(jìn)行放電 , 從而有效防止了容量小的電池過充; 放電過程中 , 單體電壓低于平均值的單體都進(jìn)行充電 , 從而避免了容量小的電池過放電。然而 , 此均衡系統(tǒng)也有其不足之處, 主要表現(xiàn)在均衡過程中的電流沒有精確控制 , 在單體電壓采樣精度不高、采樣周期較長(zhǎng)的情況下 , 很有可能充電過程中電壓較高的單體經(jīng)均衡后電壓偏低 ; 放電過程中電壓較低的單體經(jīng)均衡后電壓偏高。參考文獻(xiàn)1 阮新波 , 嚴(yán)仰光 1 直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù) M1 北京:科學(xué)出版社 ,200012陳守軍 , 張軍 , 方英民 , 梁毅 1 動(dòng)力電池組特性分析與均衡管理 J1 電池工業(yè) ,2003,18(6 13 郭炯杰 1 一種基于 PW M 的半橋型開關(guān)電源 J1 沙洲職業(yè)工學(xué)院學(xué)報(bào) ,2003,6(2