光學(xué)三維測(cè)量機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

第一章緒論引言伴隨計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息高速公路加緊了科技信息的傳播速度，產(chǎn)品生命周期越來越短。追求完美與個(gè)性化的消費(fèi)需求使產(chǎn)品品種越來越多，批量越來越小，企業(yè)間的競爭不再只是質(zhì)量與成本上的競爭。而更重要的是產(chǎn)品開發(fā)速度以及上市時(shí)間的競爭，這種趨勢(shì)在二十一世紀(jì)頭將日趨強(qiáng)勁。因此產(chǎn)品的開發(fā)速度和制造技術(shù)的柔性和可移植性變得十分關(guān)鍵。迅速原型制造(RapidPrototyping，如下簡稱RP)技術(shù)就是在這種背景下產(chǎn)生的。RP技術(shù)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、材料科學(xué)和自動(dòng)化控制等技術(shù)的發(fā)展成果，采用分層增材制造的新概念取代老式的去材或變形法加工，是現(xiàn)代最具有代表性的制造技術(shù)之一。迅速原型制造技術(shù)對(duì)所加工的零件的幾何形狀無尤其規(guī)定，可以將給定數(shù)據(jù)還原成實(shí)體模型，即它可迅速、精確地將設(shè)計(jì)思想變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛄慵?，以便進(jìn)行迅速的評(píng)估、及功能測(cè)試，從而大大縮短產(chǎn)品的研制周期，減少開發(fā)費(fèi)用，加緊新產(chǎn)品推向市場的進(jìn)程。對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品，都可以在通用的CAD軟件上設(shè)計(jì)出它們的三維模型，求得對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，另首先我們還需要對(duì)原產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)制或仿制加工，或進(jìn)行產(chǎn)品的二次開發(fā)，在某些狀況下由于存在多種原因的影響，如功能，工藝，外觀，使得相稱某些零件的形狀很復(fù)雜，無法用通用的措施在CAD軟件上精確的設(shè)計(jì)出它們的實(shí)物模型，并且整個(gè)開發(fā)周期長，開發(fā)成本高，因此有必要首先開發(fā)出一定比例的小的實(shí)物模型，如木模，蠟?zāi)５取７辞蠊こ?也稱逆向工程ReverseEngineering)應(yīng)運(yùn)而生，反求工程是根據(jù)已經(jīng)有的實(shí)物樣件，運(yùn)用3D測(cè)量技術(shù)迅速測(cè)得實(shí)物的數(shù)據(jù)點(diǎn)，反求出初始的設(shè)計(jì)意圖，包括形狀、材料、工藝等諸多方面。所謂“逆向工程”是相對(duì)于一般的先有設(shè)計(jì)意圖再進(jìn)行設(shè)計(jì)然后再加工出實(shí)物的設(shè)計(jì)流程－順向工程而言。如圖1－1所示：逆向工程是目前用于產(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)既有的工件（樣品或模型），運(yùn)用3D數(shù)字化測(cè)量儀器迅速、精確的測(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的刀具加工途徑，或輸入CNC進(jìn)行生成所需的模具，或者生成某種格式的文獻(xiàn)輸入到迅速成形機(jī)將樣品模型制造出來。1.1光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r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，世界上重要工業(yè)國家紛紛投入巨款對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和推廣應(yīng)用，他們無不站在二十一世紀(jì)世界制造業(yè)全球競爭的戰(zhàn)略高度來看待這一技術(shù)。目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械零部件的迅速開發(fā)、汽車和飛機(jī)覆蓋件的迅速檢測(cè)和反求、迅速模具、醫(yī)療及康復(fù)工程、家用電器、工業(yè)設(shè)計(jì)、工藝品制作以及小朋友玩具等領(lǐng)域，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，國外不一樣測(cè)量原理的逆向設(shè)備已進(jìn)入我國市場，如英國3D-Scanner企業(yè)、德國GOM企業(yè)以及美國、日本、比利時(shí)等國產(chǎn)品。國外設(shè)備雖然性能優(yōu)良，但價(jià)格十分昂貴，國內(nèi)企業(yè)，尤其是大量的中小企業(yè)一般很難有能力購置。并且國外產(chǎn)品并不能完全適合我國國情，還需本土化。課題組申請(qǐng)的省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，可以從整體上減少逆向工程技術(shù)在我國的使用門檻，使國內(nèi)眾多的中小企業(yè)可以使用這種先進(jìn)技術(shù)來提高產(chǎn)品開發(fā)能力和市場競爭能力。國外生產(chǎn)廠家采用多種方式大力推介他們的設(shè)備，如，德國GOM企業(yè)正在開發(fā)中文版三維測(cè)量軟件。形勢(shì)十分嚴(yán)峻,時(shí)不我待。盡快開發(fā)出提高我國制造業(yè)水平和自主創(chuàng)新能力的這一關(guān)鍵設(shè)備，是我們義不容辭的責(zé)任。近年來，華中科技大學(xué)、上海交大、西安交大、清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、大連理工大學(xué)等高校也加強(qiáng)了對(duì)逆向工程技術(shù)的研究。華中科技大學(xué)生產(chǎn)了我國第一臺(tái)商品化激光線掃描臺(tái)式反求設(shè)備，北京天遠(yuǎn)企業(yè)也推出了他們的產(chǎn)品。但總體上來看，國內(nèi)的逆向工程技術(shù)研究和設(shè)備研發(fā)還處在初級(jí)階段，設(shè)備品種單一，與國外先進(jìn)技術(shù)相比尚有很大差距，遠(yuǎn)沒有到達(dá)大面積推廣與應(yīng)用的水平。1.2設(shè)計(jì)研究的目的和意義逆向工程（ReverseEngineering）在老式的汽車，航空航天，通訊、家電、藝術(shù)品的迅速模具制造與檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它是一門集機(jī)器視覺、CAD/CAM、光學(xué)測(cè)量、數(shù)控、精密機(jī)械、圖像采集與處理、工業(yè)設(shè)計(jì)為一體的高新技術(shù)，是一種對(duì)模型進(jìn)行仿型測(cè)量、CAD模型重構(gòu)、模型加工并進(jìn)行優(yōu)化評(píng)估的設(shè)計(jì)措施。作為先進(jìn)制造技術(shù)重要分支，已成為吸取、消化國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品迅速開發(fā)和創(chuàng)新的重要手段，可以防止走自行開發(fā)中的許多彎路，極大地增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。它針對(duì)既有的模型或樣品，運(yùn)用3D數(shù)字化測(cè)量儀器，精確、迅速地測(cè)得其輪廓坐標(biāo)，并進(jìn)行三維CAD曲面重構(gòu)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“創(chuàng)新”。然后通過CAM系統(tǒng)，產(chǎn)生刀具NC加工代碼，控制CNC設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品加工，或者送到迅速成型機(jī)將模型或樣品迅速制作出來。這一技術(shù)使產(chǎn)品模型得到精確的體現(xiàn)和再現(xiàn)，為產(chǎn)品的深入分析、優(yōu)化和制造確立了統(tǒng)一的對(duì)象。例如：在汽車車身等復(fù)雜覆蓋件的工業(yè)設(shè)計(jì)中，形狀獨(dú)特而復(fù)雜的自由曲面一般不能直接建立起CAD模型，而是以制件模型（如粘土模型等）或經(jīng)手工修改后的樣件為設(shè)計(jì)原型，此類零件具有非常復(fù)雜的自由曲面，其設(shè)計(jì)體現(xiàn)或數(shù)學(xué)模型的建立非常困難。不過，一旦重構(gòu)出自由曲面，并建立起CAD模型后，就可以以便地進(jìn)行設(shè)計(jì)、有限元分析、模型修改、誤差分析和數(shù)控加工指令生成等。這就規(guī)定根據(jù)這些模型的表面測(cè)量數(shù)據(jù)，基于新的設(shè)計(jì)理念重構(gòu)汽車車身CAD模型（或新產(chǎn)品模型），并進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化評(píng)估，直到得到滿意的設(shè)計(jì)成果。三維掃描測(cè)量技術(shù)、設(shè)備和軟件是逆向工程的重要構(gòu)成部分。在產(chǎn)品迅速設(shè)計(jì)開發(fā)、迅速模具和復(fù)雜型面數(shù)控加工等方面都具有重要意義。1.3本文的內(nèi)容安排緒論重要論述逆向工程的概念，三維光學(xué)測(cè)量機(jī)在逆向工程中的作用以及它的應(yīng)用與發(fā)展，本次設(shè)計(jì)的目的及其重大意義。第二章首先簡介三維光學(xué)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量原理，測(cè)量機(jī)的特點(diǎn)，然后詳細(xì)簡介了控制系統(tǒng)的原理。第三章重要簡介三維光學(xué)測(cè)量機(jī)的整體設(shè)計(jì)法案。第四章重要描述機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和某些硬件件的選擇，對(duì)對(duì)應(yīng)的硬件進(jìn)行詳細(xì)的簡介。第五章簡介測(cè)量機(jī)的有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。第六章進(jìn)行了全文總結(jié)以及對(duì)測(cè)量機(jī)的未來展望。1.4本章總結(jié)本章首先簡介逆向工程的發(fā)展背景，概念，三維測(cè)量機(jī)在逆向工程中的應(yīng)用狀況；隨即簡介了逆向工程中數(shù)據(jù)獲取措施和CAD建模措施，并將多種措施進(jìn)行了簡樸比較；本次設(shè)計(jì)的目的、意義。最終對(duì)本次設(shè)計(jì)的整體安排進(jìn)行了簡介。第二章光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的測(cè)量原理2.1測(cè)量機(jī)的測(cè)量原理光柵投影攝影式三維測(cè)量儀是一種高速高精度的三維掃描測(cè)量設(shè)備，應(yīng)用的是目前國際上最先進(jìn)的構(gòu)造光非接觸攝影測(cè)量原理。采用一種結(jié)合構(gòu)造光技術(shù)、相位測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的復(fù)合三維非接觸式測(cè)量技術(shù)。與老式的三維掃描儀不一樣的是，該掃描儀能同步測(cè)量一種面。光線垂直照射被測(cè)物體表面，運(yùn)動(dòng)控制器通過驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)雙目面陣CCD實(shí)時(shí)地將被測(cè)物體的圖像送入圖像采集卡，圖像采集卡把采集到的數(shù)據(jù)信息送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的圖像處理后來得到三維的數(shù)據(jù)點(diǎn)云。其基本原理如圖2-1所示：2.2三維測(cè)量機(jī)的特點(diǎn)1、掃描速度極快：5秒內(nèi)可得到100多萬點(diǎn)，效率很高2、第三代的面掃描方式：每次掃描一種面，獲得整個(gè)面的三維數(shù)據(jù)，測(cè)量點(diǎn)分布密度極高且非常規(guī)則3、非接觸掃描：運(yùn)用攝影式原理，進(jìn)行非接觸式光學(xué)掃描，得到物體表面三維數(shù)據(jù)。并且適應(yīng)了柔軟、易變形物體的測(cè)量規(guī)定。4、精度高：運(yùn)用獨(dú)有的測(cè)量技術(shù)，實(shí)際精度可達(dá)0.02mm5、大景深：掃描景深可達(dá)300～500mm，為國內(nèi)最高。適合景深較大物體掃描6、標(biāo)志點(diǎn)自動(dòng)拼接：可將多次測(cè)量成果自動(dòng)拼接，掃描時(shí)物體可任意翻轉(zhuǎn)和挪動(dòng)。通過對(duì)標(biāo)志點(diǎn)的拼接加以生成多次測(cè)量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)大面積掃描。減少了測(cè)量的死角。7、點(diǎn)云噪聲處理和修剪：可以對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的噪音點(diǎn)進(jìn)行修剪、剔除。8、對(duì)環(huán)境規(guī)定不高：環(huán)境光對(duì)該掃描系統(tǒng)影響不大，在大多數(shù)的環(huán)境下都能獲得高性能的數(shù)據(jù)9、便攜式設(shè)計(jì)：設(shè)備部件易拆易裝，以便帶至測(cè)量現(xiàn)場。10、測(cè)量輸出數(shù)據(jù)接口廣泛：測(cè)量所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為ASC、VRML格式，可直接與Surfacer（imageware）、UG、CATIA、Geomagic、Pro／E、MasterCAM等軟件交互數(shù)據(jù)11、軟件性能良好：兼容Windows98／NT／／XP平臺(tái)，顧客易學(xué)易用，不需過多的培訓(xùn)就可以純熟操作，兼容性好，簡便易學(xué)12、彩色掃描：不僅可以得到數(shù)字信息，還可以得到RGB彩色信息2.3控制系統(tǒng)原理簡介伴隨自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的種類越來越多，可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)如圖2-2所示：計(jì)算機(jī)（可以包括多種控制器）根據(jù)所規(guī)定的進(jìn)給速度和位移輸出一定頻率和數(shù)量的脈沖，這種脈沖信號(hào)往往是原則的TTL電平，驅(qū)動(dòng)能力小，局限性以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，此時(shí)就需要對(duì)應(yīng)的功率放大器－－步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路把對(duì)應(yīng)的信號(hào)放大。每個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一種步距角，從而帶動(dòng)絲杠，由絲杠帶動(dòng)刀具、測(cè)頭等。由于步進(jìn)電機(jī)的機(jī)械位移與輸入的脈沖有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而脈沖輸入的頻率則對(duì)應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此通過輸入脈沖數(shù)和頻率即可控制速度和位移。但開環(huán)系統(tǒng)沒有反饋裝置，計(jì)算機(jī)輸出一定的脈沖數(shù)，無法懂得步進(jìn)電機(jī)與否丟步，絲杠與否移動(dòng)到了指定的位置。因此這種系統(tǒng)只能靠機(jī)械和電機(jī)的精度保證，系統(tǒng)速度和精度都較低。閉環(huán)系統(tǒng)常用在精度規(guī)定較高的反求系統(tǒng)中，一種構(gòu)成位置環(huán)控制系統(tǒng)原理如圖2-3所示。當(dāng)位置反饋信號(hào)從電機(jī)端部通過編碼器或者從絲杠端部獲得（如圖2-3虛線所示），間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位置為半閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)位置反饋信號(hào)從絲杠等執(zhí)行部件上直接測(cè)實(shí)際的位置或位移（如圖2-3實(shí)線所示）為全閉環(huán)系統(tǒng)。這種閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)由于對(duì)實(shí)際的執(zhí)行部件的位置進(jìn)行反饋，因此其位移精度高于開環(huán)系統(tǒng)。由圖2-3見閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)包括速度調(diào)整部分和位置調(diào)整部分，數(shù)控裝置進(jìn)給的指令一般包括位移和速度兩個(gè)信息。為了使電機(jī)的輸出速度和位置跟隨速度和位置指令，系統(tǒng)設(shè)有速度和位置控制部分。速度測(cè)量一般用測(cè)速發(fā)電機(jī)或脈沖編碼器，隨時(shí)測(cè)得電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，與速度指令相比得到速度誤差信號(hào)，即可對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整；位置反饋用一般脈沖編碼器或直線光柵尺，將測(cè)得的實(shí)際位置與指令位置比較的得到的成果即是位置誤差信號(hào)，根據(jù)其差值與指令進(jìn)給速度的規(guī)定，按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度指令。從掃描系統(tǒng)的特點(diǎn)，速度，精度，成本等方面考慮，我們選擇了半閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用編碼器反饋回各軸的位置信息，然后再與設(shè)定值進(jìn)行比較，將偏差信號(hào)作為誤差賠償信號(hào)，這樣的半閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件比較簡樸，控制較以便，系統(tǒng)的精度介于開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)之間，精度符合我們規(guī)定。2.4本章總結(jié)本章首先簡介了三維掃描系統(tǒng)的工作原理，采用構(gòu)造光三角原理進(jìn)行測(cè)量；接著簡樸簡介了控制系統(tǒng)的分類，簡介了開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)的精度規(guī)定和成本考慮選用了帶有編碼器反饋的半閉環(huán)控制系統(tǒng)，并符合三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)定。第三章光學(xué)三維測(cè)量機(jī)整體設(shè)計(jì)方案3.1設(shè)計(jì)規(guī)定在繪制產(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)一種部件，其過程大體如下：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種功能部件的結(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)相稱于滑臺(tái)，相臨部件一測(cè)相稱于滑座，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)成果和該運(yùn)動(dòng)的行程，直到基礎(chǔ)支撐件。在設(shè)計(jì)中，到處從實(shí)際出發(fā)分析和處理問題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)絡(luò)實(shí)際是指對(duì)工藝也許性的分析，在參數(shù)擬訂和方案確定中，既要理解當(dāng)今的先進(jìn)生產(chǎn)水平和也許趨勢(shì)，更應(yīng)理解我國的實(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)和各類原則要結(jié)合實(shí)際狀況取舍。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，理解和掌握結(jié)合實(shí)際、綜合思索的設(shè)計(jì)措施。3.2光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的基本構(gòu)造分析1，主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)（X、Y、Z三軸或其他）；

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)械構(gòu)造及運(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)，重要承擔(dān)運(yùn)動(dòng)功能。設(shè)備部件易拆易裝，以便帶至測(cè)量現(xiàn)場，不受地區(qū)的限制；另一方面是滑道的設(shè)計(jì)，包括限位手柄、整體構(gòu)造的設(shè)計(jì)，重要使測(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。最終是測(cè)量機(jī)掃描頭的設(shè)計(jì)，包括內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，重要是光柵電動(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)法案的確定方案擬訂為測(cè)量機(jī)機(jī)械構(gòu)造和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中重要是測(cè)量機(jī)的整體構(gòu)造定型；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)的過程隨設(shè)計(jì)類型而不一樣，其中創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程最經(jīng)典，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)，一般應(yīng)在市場調(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)方案詳細(xì)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)方案詳細(xì)化，確定構(gòu)造原理方案；進(jìn)行總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)；進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)；通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。（1）確定構(gòu)造原理放案根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，再充足理解原理的基礎(chǔ)上，確定構(gòu)造原理方案。其中包括決定尺寸的根據(jù)，如功率、流量和聯(lián)絡(luò)尺寸等；決定布局的根據(jù)等，決定和限制構(gòu)造設(shè)計(jì)的空間條件，。在上述的根據(jù)約束下，對(duì)重要功能構(gòu)造進(jìn)行構(gòu)思，初步確定其材料和形狀，進(jìn)行粗略的構(gòu)造設(shè)計(jì)。（2）總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是將構(gòu)造原理方案深入詳細(xì)化。總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容大體包括重要構(gòu)造參數(shù)、總體布局、系統(tǒng)原理圖、其他。（3）構(gòu)造設(shè)計(jì)構(gòu)造設(shè)計(jì)階段的重要任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)構(gòu)造原理方案構(gòu)造化，繪制產(chǎn)品總裝圖；提出初步的零件表及裝配闡明書。進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守有關(guān)原則規(guī)范，充足考慮人機(jī)工程、外觀造型、構(gòu)造可靠和耐用性、加工和裝配工藝性等。光學(xué)三維測(cè)量機(jī)的構(gòu)造草圖如下：圖3-1光學(xué)三維測(cè)量機(jī)3.2.4控制部分設(shè)計(jì)光學(xué)三維測(cè)量機(jī)系統(tǒng)的控制部分采用PLC控制。本書以S7-200系列PLC為目的機(jī)型，簡介西門子PLC的特點(diǎn)，為此后更好地學(xué)習(xí)和掌握S7-300/400打下基礎(chǔ)。S7-200系列PLC作為西門子SIMATICPLC家族中的最小組員，以其超小體積，靈活的配置，強(qiáng)大的內(nèi)置功能，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1.S7-200系列PLC的基本硬件構(gòu)成S7-200系列PLC可提供4種不一樣的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示屏等。（1）．基本單元S7-200系列PLC中可提供4種不一樣的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分派見表3-1：表3-1S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU22164—S7-200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊，78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊，168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU22624162個(gè)擴(kuò)展模塊，248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU226XM24162個(gè)擴(kuò)展模塊，48路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)（2）.擴(kuò)展單元S7-200系列PLC重要有6種擴(kuò)展單元，它自身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分派如表3-2所示。表3-2S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)類型型號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2218無EM222無8EM2234/8/164/8/16模擬量擴(kuò)展模塊EM2313無EM232無2EM23531（3）.編程器PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器重要用來進(jìn)行顧客程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將顧客程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的，簡樸實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠以便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)目前線監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。（4）程序存儲(chǔ)卡為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡EEPROM有6ES7291-8GC00-0XA0和6ES7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。（5）.寫入器寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)LC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。（6）文本顯示屏文本顯示屏TD200不僅是一種用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的措施，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示屏上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分派了一種存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。2.S7-200系列PLC的重要技術(shù)性能下面以S7-200CPU224為例闡明S7系列PLC的重要技術(shù)性能。（1）一般性能，S7-200CPU224的一般性能如表3-3所示。表3-3S7-200CPU224一般性能電源電壓DC24V，AC100~230V電源電壓波動(dòng)DC20.4-28.8V，AC84-264V（47-63Hz）環(huán)境溫度、濕度水平安裝0~550C，垂直安裝0~450C，5~95%大氣壓860~1080hPa保護(hù)等級(jí)IP20到IEC529輸出給傳感器的電壓DC24V（20.4-28.8V）輸出給傳感器的電流280mA，電子式短路保護(hù)（600mA）為擴(kuò)展模塊提供的輸出電流660mA程序存儲(chǔ)器8K字節(jié)/經(jīng)典值為2.6K條指令數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.5K字存儲(chǔ)器子模塊1個(gè)可插入的存儲(chǔ)器子模塊數(shù)據(jù)后備整個(gè)BD1在EEPROM中無需維護(hù)。在RAM中目前的DB1標(biāo)志位、定期器、計(jì)數(shù)器等通過高能電容或電池維持，后備時(shí)間190h（400C時(shí)120h），插入電池后備200天編程語言LAD，F(xiàn)BD，STL程序構(gòu)造一種主程序塊（可以包括子程序）程序執(zhí)行自由循環(huán)。中斷控制，定期控制（1~255ms）子程序級(jí)8級(jí)顧客程序保護(hù)3級(jí)口令保護(hù)指令集邏輯運(yùn)算、應(yīng)用功能位操作執(zhí)行時(shí)間0.37μs掃描時(shí)間監(jiān)控300ms（可重啟動(dòng)）內(nèi)部標(biāo)志位256，可保持：EEPROM中0~112計(jì)數(shù)器0~256，可保持：256，6個(gè)高速計(jì)數(shù)器定期器可保持：256，4個(gè)定期器，1ms~30s16個(gè)定期器，10ms~5min236個(gè)定期器，100ms~54min接口一種RS485通信接口可連接的編程器/PCPG740PII，PG760PII，PC（AT）本機(jī)I/O數(shù)字量輸入：14，其中4個(gè)可用作硬件中斷，14個(gè)用于高速功能數(shù)字量輸出：10，其中2個(gè)可用作本機(jī)功能，模擬電位器：2個(gè)可連接的I/O數(shù)字量輸入/輸出：最多94/74模擬量輸入/輸出：最多28/7（或14）AS接口輸入/輸出：496最多可接擴(kuò)展模塊7個(gè)（2）輸入特性S7-200CPU224的輸入特性如表3-4所示。表3-4S7-200CPU224輸入特性類型源型或匯型輸入電壓DC24V，“1信號(hào)”：14-35A，“0信號(hào)”：0-5A，隔離光耦隔離，6點(diǎn)和8點(diǎn)輸入電流“1信號(hào)”：最大4mA輸入延遲（額定輸入電壓）所有原則輸入：所有0.2-12.8ms（可調(diào)整）中斷輸入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可調(diào)整）高速計(jì)數(shù)器：（I0.0-0.5）最大30kHz（3）輸出特性，S7-200CPU224輸出特性如表3-5所示。表3-5S7-200CPU224的輸出特性類型晶體管輸出型繼電器輸出型額定負(fù)載電壓DC24V（20.4-28.8V）DC24V（4-30V）AC24-230V（20-250V）輸出電壓“1信號(hào)”：最小DC20VL+/L-隔離光耦隔離，5點(diǎn)繼電器隔離，3點(diǎn)和4點(diǎn)最大輸出電流“1信號(hào)”：0.75A“1信號(hào)”：2A最小輸出電流“0信號(hào)”：10μsA“0信號(hào)”：0mA輸出開關(guān)容量阻性負(fù)載：0.75A燈負(fù)載：5W阻性負(fù)載：2A燈負(fù)載：DC30W，AC200WS7-200系列PLC是模塊式構(gòu)造，可以通過配接多種擴(kuò)展模塊來到達(dá)擴(kuò)展功能、擴(kuò)大控制能力的目的。目前S7-200重要有三大類擴(kuò)展模塊。pleasecontactQgiveyoumoreperfectdrawings5.4絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度：由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為絲杠扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率為：顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不小于1500r/min，因此，能滿足規(guī)定。5.5傳動(dòng)精度計(jì)算絲杠的拉壓剛度：由以上的各條件可知最小機(jī)械傳動(dòng)剛度為：最大機(jī)械傳動(dòng)剛度：因此得到由于機(jī)械傳動(dòng)裝置所引起的定位誤差為其中，F(xiàn)0為空載時(shí)導(dǎo)軌的靜摩擦力5.6本章總結(jié)本章重要簡介了電動(dòng)機(jī)的有關(guān)內(nèi)容，絲杠的有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。第六章總結(jié)與展望6.1全文總結(jié)本次設(shè)計(jì)重要是光學(xué)三維測(cè)量機(jī)機(jī)械構(gòu)造及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，便攜式設(shè)計(jì)：設(shè)備部件易拆易裝，以便帶至測(cè)量現(xiàn)場；可以實(shí)現(xiàn)橫向、縱向的任意調(diào)動(dòng)；運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光柵進(jìn)行測(cè)量；工作的內(nèi)容總結(jié)如下：一、緒論重要論述逆向工程的概念，三維光學(xué)測(cè)量機(jī)在逆向工程中的作用以及它的應(yīng)用與發(fā)展，本次設(shè)計(jì)的目的及其重大意義。二、簡介三維光學(xué)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量原理，測(cè)量機(jī)的特點(diǎn)，然后詳細(xì)簡介了控制系統(tǒng)的原理。三、重要簡介三維光學(xué)測(cè)量機(jī)的整體設(shè)計(jì)法案。四、重要描述機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和某些硬件件的選擇，對(duì)對(duì)應(yīng)的硬件進(jìn)行詳細(xì)的簡介。1、繪制整體構(gòu)造草圖。2、底座、框架的設(shè)計(jì)。4、電動(dòng)平移臺(tái)的構(gòu)造設(shè)計(jì)。5、掃描儀硬件的選擇及某些硬件的詳細(xì)簡介。五、簡介測(cè)量機(jī)的有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。6.2展望人們常常需要迅速的獲得物體表面的立體信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能直接處理的信息。三維光學(xué)掃測(cè)量機(jī)這一裝置將在許多領(lǐng)域可以發(fā)揮重要作用。工業(yè)制造業(yè)三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)提供了一種迅速無接觸的迅速措施，能迅速測(cè)量物體的立體尺寸，可用于工業(yè)零件迅速在線測(cè)量、仿制、迅速制造系統(tǒng)、對(duì)特殊物體的測(cè)量等。二、影視娛樂業(yè)伴隨計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)影視特技技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于影視、廣告業(yè)，到達(dá)了過去無法想想的特技效果，已經(jīng)成為高質(zhì)量影視、廣告制作不可缺乏的手段。要在計(jì)算機(jī)上完畢三維動(dòng)畫，必須要有三維模型數(shù)據(jù)，這時(shí)就可以用三維掃描系統(tǒng)將演員、道具、模型等的表面空間數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。三、文物保護(hù)三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)能以不損傷物體的手段，獲得文物的三維信息、紋理、便于長期保留、再現(xiàn)，給文物復(fù)制帶來了很大的便利。四、藝術(shù)把該系統(tǒng)和數(shù)控雕刻機(jī)相結(jié)合，可以很以便地雕像。只要對(duì)對(duì)象進(jìn)行一次掃描，就能獲得其表面的每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送入數(shù)控雕刻機(jī)，很快就能雕刻出逼真的雕像。五、醫(yī)學(xué)、整形、美容能迅速測(cè)量人體各個(gè)部分，寶庫奧牙齒、面部、肢體等的尺寸，對(duì)美容、矯形、修復(fù)、口腔醫(yī)學(xué)、假肢制作都非常有用。六、服裝 目前伴隨人民生活水平的提高，人們開始追求個(gè)性化服裝設(shè)計(jì)，三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)可以迅速地獲得人體所有尺寸，輸入計(jì)算機(jī)，與服裝CAD結(jié)合，按照每個(gè)人的模型進(jìn)行服裝設(shè)計(jì)，還可以直接在計(jì)算機(jī)上看到服裝設(shè)計(jì)效果，并且可以進(jìn)行二次設(shè)計(jì)。 七、學(xué)術(shù)研究 伴隨技術(shù)的發(fā)展，圖形圖像科技工作者的研究逐漸從二維進(jìn)入三維，三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)可以給他們提供迅速獲取三維圖像數(shù)據(jù)的手段，為三維物體識(shí)別的研究提供以便。道謝參照文獻(xiàn)姜玉田主編畫法幾何及機(jī)械制圖，黑龍江科技學(xué)院技術(shù)出版社6沈忠主編機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育出版社第七版6李慶祥、王東生主編現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社3王紹竣主編機(jī)械加工工藝手冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社1991成大先主編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社。1997徐立華主編機(jī)械制造工程學(xué)，北京：兵器工業(yè)出版社，1997盧秉恒主編機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999朱正心主編機(jī)械制造技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999郭熾盛主編機(jī)械制造工程學(xué)，廣州：華南理工大學(xué)出版社，1997Anonymous.Rapidprototyping.FoundryManagement&Technology.Jan,131(1):81～82周儒榮《逆向工程與迅速原型制造》計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與造,,9:付麗琴,王長江.基于反求工程技術(shù)和迅速原型技術(shù)的產(chǎn)品迅速開發(fā).機(jī)械管理開發(fā),,2:41～42栗全慶等，實(shí)物反求工程