三维实体测量与重构装置中测量系统的设计与研究

论文摘要

三维实体重构技术广泛应用于机械设计等领域。本课题研究的三维实体测量与重构装置以一种基于浮力测量的非接触方法为理论基础,具有精度高、速度快、成本低等优点。本文设计研究了该装置的测量系统,包括测量系统功用分析、原理研究、结构设计、性能试验、实测实验等,是三维测量技术领域的一种创新性探索。测量系统是三维实体测量与重构装置的核心组成部分,主要功用是得出被测物体各虚拟断层的横截面积和重心坐标,研究了实现系统功用的变臂长和恒臂长两种测量原理,比较后选用变臂长方案,其测量原始数据为两个安装位置下各层包含浮力的特定合力大小,虚拟断层由液体浸泡高度的变化实现。通过试验手段研究了影响测量系统性能的主要因素,指出天平自身性能、下挂线形变特性和联结方式、横梁等组件重心位置、浮力配重等因素对测量数据稳定性、重复性的影响和改进方法,保证了测量精度,并为测量系统的结构设计提供设计依据。设计并分析了轴承结构和中刀结构两种支点形式,以Pro/E为主要工具对系统的两种结构进行虚拟设计。样机制造后进行性能比较试验,结合改进前景等分析,确定轴承结构为测量系统的最终结构。使用测量系统与控制系统等匹配进行实测,得到了良好的测量结果,数据转换后能够重构出高精度的三维实体模型。设计的测量系统使用较简单的结构和算法实现三维实体精密测量,每层测量时间约40s,测量结果相对误差小于2%,满足工程应用要求,能够与其它系统匹配实现实体重构,具有很大的实用价值和理论意义,为进一步的研究提供依据和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本文研究内容与方法
• 1.4 本文的研究意义
• 第二章 三维实体测量与重构装置的原理分析
• 2.1 测量与重构装置的基本原理
• 2.2 测量与重构装置的系统划分
• 2.3 本章小结
• 第三章 测量系统的测量原理研究
• 3.1 测量系统的功用分析
• 3.2 测量原理的方案设计
• 3.2.1 变臂长测量原理
• 3.2.2 恒臂长测量原理
• 3.3 测量原理的比较与确定
• 3.4 本章小结
• 第四章 测量系统的机械结构设计
• 4.1 机械结构中影响系统性能的因素分析
• 4.2 机械结构中支点方案的设计与分析
• 4.2.1 中刀支点结构
• 4.2.2 轴承支点结构
• 4.2.3 两种支点方案的比较
• 4.3 机械结构的虚拟设计与样机制造
• 4.3.1 基本结构与参数的设计
• 4.3.2 虚拟设计与分析
• 4.4 测量系统测量性能比较试验
• 4.5 测量系统结构的确定
• 4.6 本章小结
• 第五章 三维实体测量与重构装置的实验研究
• 5.1 测量系统的应用说明
• 5.2 实测实验与误差分析
• 5.3 数据转换与重构验证
• 5.4 测量系统总体性能评估
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 存在的不足与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文