被测物体固定在三坐标测量机上课件.ppt

1、3.2 非接触式测量非接触式测量非接触式测量的分类非接触式测量的分类1 1 激光三角法激光三角法2 2 结构光法结构光法3 3 断层数据测量法断层数据测量法1 激光三角法激光三角法 基本原理:利用具有规则几何形状的激光，投影到被测量表利用具有规则几何形状的激光，投影到被测量表面面上，形成的漫反射光点（光带）的像被安置于上，形成的漫反射光点（光带）的像被安置于某一空间位置的图像传感器吸收，根据光点（光某一空间位置的图像传感器吸收，根据光点（光带）在物体上成像的偏移，通过被测物体基平面、带）在物体上成像的偏移，通过被测物体基平面、像点、像距等之间的关系，按三角形几何原理即像点、像距等之间的关系，按

2、三角形几何原理即可测量出被测物体的空间坐标。可测量出被测物体的空间坐标。激光三角法激光三角法cossinxbaxx1 激光三角法激光三角法1 激光三角法激光三角法1 激光三角法激光三角法点激光三角法点激光三角法 kakisibsesin)sin(sin线激光三角法线激光三角法 由一个发光二极管由一个发光二极管和线发生器产生线激和线发生器产生线激光，投影到物体表面；光，投影到物体表面；同时，该激光线在物同时，该激光线在物体表面产生反射，反体表面产生反射，反射光进入一个相机中，射光进入一个相机中，由于该相机与激光线由于该相机与激光线束投射方向成一定角束投射方向成一定角度，物体表面形状的度，物体表面

3、形状的变化就转化为激光反变化就转化为激光反射线形状的变化，该射线形状的变化，该变化通过标定可得到变化通过标定可得到准确的三维空间信息。准确的三维空间信息。面激光三角法面激光三角法 利用激光在被利用激光在被测物体表面投影一测物体表面投影一光条，由于被测表光条，由于被测表面起伏及曲率变化，面起伏及曲率变化，投射的光条随轮廓投射的光条随轮廓位置变化起伏而扭位置变化起伏而扭曲变形，由曲变形，由CCDCCD摄像摄像机摄取激光束影像，机摄取激光束影像，这样就可由激光束这样就可由激光束的发射角和激光束的发射角和激光束在在CCDCCD内成像位置，内成像位置，通过三角几何关系通过三角几何关系获得被测点距离和获得

4、被测点距离和坐标等数据坐标等数据。面激光三角法面激光三角法激光三角法特点激光三角法特点工作距离大 测量范围大受被测工件影响较大精度较低返回系统校正系统校正归零、归零、系统零位设置、系统零位设置、校正平行、校正平行、校正镜头、校正镜头、校正激光、校正激光、校正轴、校正轴、保存保存扫描扫描 准备工作、准备工作、设置路径、设置路径、开始扫描开始扫描数据处理数据处理输出数据、输出数据、后处理后处理三维激光扫描仪的测量过程 2 结构光法结构光法结构光法的原理结构光法的原理 是把一定模式的光源（如光栅）投影到被测件表面，受被测物体表面高度的限制，光栅影线发生变形，利用两个镜头获取不同角度的图像，通过解调变

5、形光栅影线，就可以得到被测表面的整幅图像上像束的三维坐标。2 结构光法结构光法ac2 结构光法结构光法2 结构光法结构光法用激光穿过平行等距用激光穿过平行等距直线的振幅光栅组件，直线的振幅光栅组件，或使用干涉仪，形成或使用干涉仪，形成直线干涉条纹，即面直线干涉条纹，即面条纹结构光。将此面条纹结构光。将此面条纹结构光投射到物条纹结构光投射到物体上，由于物体表面体上，由于物体表面曲度或深度的变化使曲度或深度的变化使条纹变形，利用条纹变形，利用CCDCCD摄像机摄取此变形条摄像机摄取此变形条纹的图像，即可分析纹的图像，即可分析物体表面轮廓变化物体表面轮廓变化。结构光法特点 成本低成本低 携带方便携带

6、方便 稳定稳定 速度快速度快受环境影响小受环境影响小易操作易操作 测量范围大测量范围大 只能测量较平坦物体只能测量较平坦物体 精度低精度低返回3.2.2 ATOS流动光学三坐标测量系统流动光学三坐标测量系统 3.2.2 ATOS流动光学三坐标测量系统流动光学三坐标测量系统3.2.2 ATOS流动光学三坐标测量系统流动光学三坐标测量系统3.2.2 ATOS流动光学三坐标测量系统流动光学三坐标测量系统 贴标签定位 贴标签定位贴标签定位 ATOS测量数据 光照图3.3 断层数据测量方法断层数据测量方法3.3.1 工业CT法 原理原理：工业工业CT对对被测物体进行断层截对对被测物体进行断层截面扫描，以

7、面扫描，以X射线的衰减系数为依据，用数射线的衰减系数为依据，用数学方法经过电子计算机处理而重建断层截面学方法经过电子计算机处理而重建断层截面图像，根据不同位置的断层图像可建立物体图像，根据不同位置的断层图像可建立物体的三维信息。的三维信息。3.3.1 3.3.1 工业工业CTCT法法3.3.1 工业工业CT法法德国菲尼克斯X射线工业CT 医学用MRI测量机 工业CT、核磁共振 MRI工业工业CT法特点法特点 对被测物体材料没有限制对被测物体材料没有限制 准确测量物体内部形状准确测量物体内部形状 分辨率低分辨率低 重建图像计算量大重建图像计算量大 获取数据时间较长获取数据时间较长 设备造价高设备

8、造价高返回 3.3.2其他非接触测量法核磁共振法超声波法 层析法231机械结构及机械结构及电子系统已电子系统已相当成熟，相当成熟，有较高的准有较高的准确性和可靠确性和可靠性。性。接触式测量的接触式测量的探头直接接触探头直接接触工件表面，与工件表面，与工件表面的反工件表面的反射特性、颜色射特性、颜色及曲率关系不及曲率关系不大。大。被测物体固定在被测物体固定在三坐标测量机上三坐标测量机上，并配合测量软，并配合测量软件，可快速准确件，可快速准确地测量出物体的地测量出物体的基本几何形状，基本几何形状，如面、圆、圆柱如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等、圆锥、圆球等。接触式测量的优点：接触式测量的优点：3.4

9、三维数据测量方法选择三维数据测量方法选择接触式测量缺点：接触式测量缺点：(1)测量速度较慢；测量速度较慢；(2)接触力会影响到实际读数；接触力会影响到实际读数；(3)某些特征会受到条件制约；某些特征会受到条件制约；(4)探头的半径补偿会存在一定的误差；探头的半径补偿会存在一定的误差；(5)测量系统的静态误差和运动惯性会影响精度；测量系统的静态误差和运动惯性会影响精度；(6)易造成测头磨损。易造成测头磨损。3.4 三维数据测量方法选择三维数据测量方法选择接触式测头测头的余弦误差实际接触点探头中心探头半径R希望接触点 测头半径补偿余玄误差原理OZOPPrrropZcos希望触碰点为希望触碰点为PP

10、实际触碰点为实际触碰点为P P正确的探测补偿方向正确的探测补偿方向错误的探测补偿方向错误的探测补偿方向 测头的余弦误差 测头的余弦误差 微平面法三点共圆法测量速度非测量速度非常快，不必常快，不必像接触触发像接触触发探头那样逐探头那样逐点进行测量点进行测量；不必做探头不必做探头半径补偿，半径补偿，因为激光光因为激光光点位置就是点位置就是工件表面的工件表面的位置；位置；软工件、薄软工件、薄工件、不可工件、不可接触的高精接触的高精密工件可直密工件可直接测量。接测量。1233.4 三维数据测量方法选择三维数据测量方法选择非接触式测量的优点：非接触式测量的优点：易受工件表面的反射特性易受工件表面的反射特

11、性的影响，如颜色、斜率；的影响，如颜色、斜率；测量精度较差测量精度较差工件几何外形工件几何外形变化大时成像变化大时成像会失焦，成像模糊；会失焦，成像模糊；易受环境光线及杂散光易受环境光线及杂散光影响，故噪声较高，困难；影响，故噪声较高，困难；工件表面的工件表面的粗糙度会粗糙度会影响测量结果影响测量结果对边线处理、对边线处理、凹边处理及凹边处理及不连续形状的不连续形状的处理较困难处理较困难Text非接触式测量的缺点：非接触式测量的缺点：3.4 三维数据测量方法选择三维数据测量方法选择测量测量方式方式精度精度测量测量速度速度测量轮廓的测量轮廓的复杂程度复杂程度对材料对材料的限制的限制测量测量成本成

12、本三坐标三坐标法法0.6300.630umum慢慢较差较差有限制有限制较高较高激光三激光三角法角法+-5um+-5um一般一般一般一般无无较高较高结构光结构光法法+-1+-+-1+-3um3um快快好好无无一般一般CT及超及超声波声波1mm1mm较慢较慢好好不定不定高高3.数据测量各种方法的比较4.测头的选用测头的选择原则：测头的选择原则：(1)(1)在可以应用接触式测头的情况下，慎选非接触在可以应用接触式测头的情况下，慎选非接触 式测头；式测头；（2 2）在只测尺寸、位置要素的情况下，尽量选择接触式触发测头；）在只测尺寸、位置要素的情况下，尽量选择接触式触发测头；（3 3）在考虑成本又满足要

13、求的情况下，尽量选择接触式触发测头；）在考虑成本又满足要求的情况下，尽量选择接触式触发测头；（4 4）对形状及轮廓精度要求较高的情况下，选用非接触式触发测头；）对形状及轮廓精度要求较高的情况下，选用非接触式触发测头；（5 5）扫描式测头应当可以对离散点进行测量；）扫描式测头应当可以对离散点进行测量；（6 6）考虑扫描测头与触发式测头的互换性（一般用通用测座在实现）；）考虑扫描测头与触发式测头的互换性（一般用通用测座在实现）；（7 7）易变形零件、精度不高零件、要求超大量数据的零件的测量，优先考）易变形零件、精度不高零件、要求超大量数据的零件的测量，优先考 虑采用非接触式测头；虑采用非接触式测头

14、；（8 8）要考虑软件、附加硬件（如测头控制器、电缆）的配套）要考虑软件、附加硬件（如测头控制器、电缆）的配套3.5 数据测量的误差分析数据测量的误差分析 影响数据测量的误差及精度的因素主要有以下几点：影响数据测量的误差及精度的因素主要有以下几点：1 1 物体自身的因素物体自身的因素 2 2 标定的因素标定的因素 3 3 摄像机的分辫率摄像机的分辫率 4 4 可测性的问题可测性的问题 5 5 参考点的误差参考点的误差 6 6 测量探头半径补偿误差测量探头半径补偿误差小结小结 本章主要对逆向建模过程中点云数据的获取方式进行论本章主要对逆向建模过程中点云数据的获取方式进行论述，主要介绍了接触式测量方法和非接触式测量方法。对三述，主要介绍了接触式测量方法和非接触式测量方法。对三坐标测量机类型、结构等进行详细介绍。针对断层扫描方法坐标测量机类型、结构等进行详细介绍。针对断层扫描方法的特殊性，将其单独成节进行叙述。在学习中，注意各种测的特殊性，将其单独成节进行叙述。在学习中，注意各种测量方法的优缺点及应用场合。量方法的优缺点及应用场合。