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光学三维测量机毕业设计
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- 光学三维测量机毕业设计
摘 要
逆向工程是当前用于产品开发和仿制加工的一种先进手段，是集测量技术、CAD技术、激光技术、材料技术和计算机控制技术等为一体的高新技术，它针对现有的工件（样品或模型），利用3D数字化测量仪器快速、准确的测得大量轮廓坐标点，并对这些坐标点进行去噪，匹配加以构建，修改后输入到CAD/CAM系统，生成NC的刀具加工路径，或输入CNC进行生成所需的模具，或者生成某种格式的文件输入到快速成形机将样品模型制造出来。三维光学测量机就是这样一种设备，它可以将在三维物理空间中的被测物体复制到三维数据空间当中并进行重现，我们称之为建立三维模型。这种能力使三维扫描仪拥有非常巨大的应用前景。由于逆向工程技术具有广泛的应用领域和实用价值，因此，世界上主要工业国家纷纷投入巨资对此项技术进行研发和推广应用，他们无不站在21世纪世界制造业全球竞争的战略高度来对待这一技术。目前该项技术已经广泛应用于机械零部件的快速开发、汽车和飞机覆盖件的快速检测和反求、快速模具、医疗及康复工程、家用电器、工业设计、工艺品制作以及儿童玩具等领域，取得了巨大的经济效益。本次设计主要是完成光学三维测量机机械部分和控制系统的设计，本文提出的结构光三维测量系统是一种光栅式结构光扫描双目视觉测量技术。由于是面扫描，所以，在速度上有很大的优势，可以很好的实现被测自由曲面的快速、高精度的三维尺寸测量。通过对测量机的个部分部件的设计，最后完成光学三维测量机的设计工作。
关键词 逆向工程 三维模型 光学三维测量机 光栅 扫描
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 录
摘要 I
ABSTRaCT II
第一章 绪论 1
引言 1
1.1 三维光学测量机的应用与发展状况 2
1.2 设计研究的目的和意义 3
1.3 本文的内容安排 4
1.4 本章总结 4
第二章 光学三维测量机的测量原理 5
2.1 测量机的测量原理 5
2.2 三维测量机的特点 5
2.3 控制系统原理介绍 6
2.4 本章总结 7
第三章 光学三维测量机整体设计方案 18
3.1 设计要求 8
3.2 光学三维测量机基本结构分析 8
3.2.1 设计任务和内容 8
3.2.2 总体设计法案的拟定 8
3.2.3 光学三维测量机机械部分设计 9
3.2.4 控制部分设计 10
3.3 主要参数设定 16
3.4 本章总结 16
第四章 机械部分的具体设计及其硬件选择 17
4.1底座设计 17
4.2 滑动体主要设计 18
4.3 光学扫描仪测量系统的硬件组成 18
4.3.1结构光三维测量系统的硬件组成 18
4.3.2 CCD基本知识 19
4.3.3图像采集卡 20
4.3.4选择结果 20
4.4 光栅电动平移台基本结构设计 21
4.5 本章总结 21
第五章 光学三维测量机的设计计算 22
5.1 控制系统中电机的选择 22
5.1.1 步进电机概述 22
5.1.2 电动机容量的选择原则 22
5.1.3 步进电动机的容量计算 23
5.2 联轴器的选择 23
5.3 丝杠螺母副的选用计算 24
5.3.1丝杠螺母导程的确定 24
5.3.2 确定丝杠的等效转速 24
5.3.3 丝杠的等效负载 24
5.3.4 确定丝杠所受的最大动载荷 24
5.3.5 计算轴承动载荷 25
5.3.6 丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率计算 25
5.4 丝杠的扭转刚度 26
5.5传动精度计算 26
5.6 本章总结 27
第六章 总结和展望 28
6.1 全文总结 28
6.2 展望 28
致 谢 30
参考文献 31
附录1 33
附录2 48
3.1 设计要求
在绘制产品总装图和部件装配图时要注意设计的科学性和条理性。设计一个部件，其过程大致如下：首先，确定末端执行件的概略形状尺寸，然后，设计末端执行件与其相临的下一个功能部件的结合的形式与概率尺寸。若为运动导轨结合部，则执行件一测相当于滑台，相临部件一测相当于滑座，考虑导轨精度，选择并确定导轨的类型及尺寸。根据导轨结合部的设计结果和该运动的行程，直到基础支撑件。
在设计中，处处从实际出发分析和处理问题是至关重要的。从大处讲，联系实际是指对工艺可能性的分析，在参数拟订和方案确定中，既要了解当今的先进生产水平和可能趋势，更应了解我国的实际生产水平，使设计的机器能发挥最佳的效果。从小处讲，指对设计的机械零部件的制造工艺、装配和维修要进行认真的切实际的考虑和分析。学会使用设计手册，对推荐的设计数据和各类标准要结合实际情况取舍。通过设计实践，了解和掌握结合实际、综合思考的设计方法。
3.2 光学三维测量机的基本结构分析
1， 主机机械系统（X、Y、Z三轴或其它）；
2， 测头系统；
3， 电气控制硬件系统；
4， 数据处理软件系统（测量软件）；
3.2.1设计任务和内容
设计任务定位在光学三维测量机机械结构及运动控制系统设计，其中机械部分的设计包括底座设计，主要承担运动功能。设备部件易拆易装，方便带至测量现场，不受地域的限制；其次是滑道的设计，包括限位手柄、整体结构的设计， 主要使测量机的扫描头可以实现y轴、z轴、绕z轴旋转的运动功能，扩大其测量范围。最后是测量机扫描头的设计，包括内部结构设计，主要是光栅电动平移台的设计；第二，控制系统设计。
3.2.2 总体设计法案的拟定
方案拟订为测量机机械结构和控制系统的设计，其中主要是测量机的整体结构定型；扫描头沿y、z轴的运动，绕z轴的旋转系统设计；底座支撑设计；扫描头设计。PLC控制系统设计。
3.2.3 光学三维测量机机械部分设计
测量机的机械系统设计可归类于机械制造装备设计，可分为创新设计、变形设计、和组合设计三大类型，设计的过程随设计类型而不同，其中创新设计的过程最典型，可分为产品规划阶段、方案设计、技术设计和施工设计四个阶段。产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制定设计技术任务书。
初步设计方案具体化，技术设计阶段是将方案设计阶段拟订的初步设计方案具体化，确定结构原理方案；进行总体技术方案设计；进行结构设计；通过技术经济分析，选择较优的设计方案。
（1）确定结构原理放案
根据初步设计方案，再充分理解原理的基础上，确定结构原理方案。其中包括决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等；决定布局的依据等，决定和限制结构设计的空间条件，。在上述的依据约束下，对主要功能结构进行构思，初步确定其材料和形状，进行粗略的结构设计。
（2）总体设计
总体设计阶段的任务是将结构原理方案进一步具体化。总体设计的内容大致包括主要结构参数、总体布局、系统原理图、其它。
（3）结构设计
结构设计阶段的主要任务是在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，绘制产品总装图；提出初步的零件表及装配说明书。进行结构设计时，必须遵守有关标准规范，充分考虑人机工程、外观造型、结构可靠和耐用性、加工和装配工艺性等。
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