三维扫描仪与三坐标测量机的应用与对比分析.docx

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1、在工业生产中对零件的测量精度要求越来越高，传统测量和二维测量工具无法满足现有的测量需求，所以本次毕设通过使用三坐标测量机和三维扫描仪两种现在最常见的三维测量方式依托汽车底盘中的轴销定位片为载体进行测量。通过测量获得的数据对比分析，在满足精度要求的情况下，三维扫描仪可以代替三坐标测量机进行测量,但是对于精度要求高的尺寸测量，还是需要三坐标测量机进行测量。关键词：测量 三坐标 三维扫描IAbstractIn the industrial production, the measurement accuracy of the parts is higher andhigher, and the tr

2、aditional measurement and two-dimensional measuring tools cannot meetthe existing measurement requirements. Therefore, the two most commonthree-dimensional measurement methods, which are now the most common threedimensional measurement methods, are measured by the axial pin positioning film in thech

3、assis of the car By comparing the data obtained by measurement, the three-dimensionalscanner can be measured in place of the three-coordinate measuring machine, in order tomeet the accuracy requirement, but a three-coordinate measuring machine is required forprecision measurement.Key Words： measurem

4、ent three coordinates three-dimensional scanningii摘 要IAbstractII引 言11绪论21.1测量方式的发展21.1.1 三坐标测量机的发展31.1.2 三坐标测量机的技术和特点31.1.3 蔡司 C0NTURAG2 测量机31.1.4 三坐标测量机的误差来源41.3 三维扫描技术的发展41.3.1 三维扫描仪的发展历程41.3.2 ATOS CORE的原理及特点51.3.3 三维扫描仪的误差来源51.4 三坐标测量机和三维扫描仪对比分析62三坐标测量机和三维扫描仪测量过程72.1 测量对象一一轴销定位片72.2 三坐标测量机的测量过程8

5、2.2.1 三坐标测量机测量前的准备82.2.2 三坐标测量过程一一建立坐标系92.2.3 三坐标测量过程一一元素的测量92.2.4 三坐标测量过程一一获取数据102.3 三维扫描仪的测量过程122.3.1 三维扫描仪测量准备12in2.3.2 三维扫描仪测量过程122.3.3 三维扫描仪测量异常情况142.3.4 利用GOM建立数据模型152.3.5 利用CATIA建立数据模型163实验数据对比分析183.1 利用GOM和CATIA对三维扫描建立数据模型的对比分析183.1.1 GOM和CAT1A软件的数据对比分析183.1.2 GOM和CATIA软件对比分析193.2 CALYPSO与GO

6、M的对比分析193.2.1 三坐标测量机和三维扫描仪的数据的分析193.2.2 CALYPSO与GOM软件对比分析194实验结果综合分析21结 论22致 谢23参考文献24#随着现代工业的发展，传统的游标卡尺、千分尺等接触式测量工具测量物体时效率低且稳定性不高，仅局限于测量点、简单的线和面，对于复杂的物体的线、面都很难测量，所以在这个现代科技繁荣的时代，三维测量仪器对工件的测量更为普遍。三维测量技术主要分为接触式三坐标测量机和非接触式三维扫描仪，两种方法的工作原理不同，所以在测量上也会有差异。三坐标测量技术，可以实现自动编程测量，但探针对零件局部结构和形状的可达性不好，也会受到一定局限性和影响

7、；而非接触测量技术种类众多，主要以光电、电磁、超声波技术为基础，对零件的适应性好，且对零件的材质和刚度等没有要求。然而在零件的测量上，不同零件表面有不同的软硬程度,对测量结果有不同的精度、测量方法等要求，对于表面较软或者较尖锐的零件，如果量具直接接触工作表面会对工件或者量具造成损伤，所以测量这类零件时，非接触测量技术显然更适合。但现阶段的其测量精度依然不及接触测量技术，所以不同的测量技术都有各自的优缺点，在测量中，我们要如何选择？本课题将同时利用三维扫描仪和三坐标测量机对特征零部件进行测量，探究三维扫描仪与三坐标测量机在测量不同类型的零件时各自的优势和劣势，并对其获取的测量误差进行比对分析，探

8、究非接触式测量方法是否可以代替接触式测量，从而更好的解决生活中使用零件的测量。-1-1绪论在机电领域的测量中，对于小尺寸测量的精度范围一般小于20微米，中等测量的尺寸精度一般也在100微米内，所以传统测量工具无法满足现代机电领域的测量要求。同时，在现代的工业生产中，很多零件的生产需要外包公司进行生产，所以对尺寸的精确度和规范度要求格外的高，因此出现了现代测量技术：二维测量技术和三维测量技术。二次元测量仪则是通过扫描技术针对二维平面进行扫描测量；三维测量技术则分为三坐标测量和三维扫描两大类测量技术，两种方式的方法和原理都各有不同。L1测量方式的发展最早的传统测量中，主要通过简单的测量工具针对简单

9、的线段、角度进行测量，使用的仪器：直尺、量角器、游标卡尺和千分尺等（如图LI a）,但是这些测量工具的精确度较低，最高只能精确到O.Olnun,无法满足现代工业生产高精度的尺寸要求。随着对测量要求的提高，出现了二维测量工具一一二次元测量仪（如图Lib）。二次元测量主要用于较薄及较小产品的二维平面检测或其它工件的二维投影检测。但是对于需要测量三维的零件来说，此种方式无法获取数据，所以在高精度测量的要求下，出现了三维测量技术。a.传统测量工具b.二次元测量仪图1. 1测量工具三维测量技术包括接触式三坐标测量机（如图1.2a）和非接触三维扫描仪（如图1.2b）。三坐标测量机是一种精度较高的设备，可以

10、完成复杂零件测量的工作。精度可达到微米级,是现代工业测量中最常用的精密仪器之一；三维扫描技术利用光学原理和非光学原理进行测量，通过三维扫描技术获得待测零件的三维模型。a.三坐标测量机b.三维扫描仪图L2三维测量工具1. 2三坐标测量机继传统的测量模式和二维测量技术后，出现了三坐标测量技术。该方法综合了机械、电子和计算机等技术，对复杂的工件尺寸进行高精度的测量，主要通过在测量零件上通过打点得到相关的一系列点云，从而得到相关数据。三坐标测量机在材料的选取上经过了长时间的摸索才得到现在性能良好的测量仪器。最早的三坐标测量机的三轴采用航空铝合金材料，但是铝合金材料热膨胀系数大，在使用几年后，光栅尺就会

11、受损，精度会受到影响。随后将三坐标测量机平台采用花岗岩结构，z轴采用铝合金等其他材质，但是在温度变化时会因为三轴的热膨胀系数不均还是会引起检测精度的失真和稳定。所以有了现在的全天然花岗岩四面全环抱式矩形结构，这种结构使轴承受力沿轴向方向，受力稳定均衡，有利于保证机器硬件寿命。1. 2. 2三坐标测量机的技术和特点三坐标测量机由测量机主体、探头系统和电子控制装置等构成，通过光栅衍射形成莫代尔条纹。莫代尔条纹产生的原理是两块参数相近的透射光栅以小角度叠加，产生放大的光栅，将光栅常数非常小的、高精度的、人眼不能直接观察的光栅放大，可以用人眼或仪器直接观察到莫尔条纹。正是由于此原理，三坐标测量机的测量

12、精度可以达到1HH1。但是在保证精度的同时三坐标测量机也有一些局限性。三坐标测量机的探针对零件局部结构和形状的可达性不好，会对零件的测量产生局限性和一定影响。而且测量机体积较大、测量耗时较长，对于尺寸较小的零件或材质较软接触易变形的零件无法测量。1. 2. 3蔡司CONTURA G2测量机蔡司桥式三坐标测量机C0NTURAG2非常适用于中小型企业，其可从高速扫描功能中获益。VAST扫描技术可以让您能以最快的速度进行形状检测，并得到高质量的测量结果。第一时间发现加工中的变动，确保了产品的高质量，并将废品率降至最低限度。其二两的分辨率可以精确到0.0如叫扫描速度是lOOmm/s,扫描采点速度为20

13、0points/so其特点是台面开放性好，承载性好。工业陶瓷横梁和立柱导轨，对温度不敏感，因此温度波动对测量结果影响较小，提高准确性和可靠性；另外受潮湿和灰尘影响也小。蔡司CONTURA G2测量机还可根据需求配置探针架，实现探针自动更换，提高人员效率，降低测量时间。1. 2. 3三坐标测量机的误差来源三坐标测量机的测量已经非常成熟，但是在使用前还必须要对测量机进行校准，才能保证在测量中的精确度。在测量过程中，结合坐标机的特点和使用情况，总结了一些方法，提高测量的准确度，为提高产品质量提供保证。在探针测量时，应该育有一定的方向性，与轴线一致才能保证测量的准确性，但是在实际测量中三坐标测量机测定

14、球形尺寸实物标准器半径范围在测球上用单个探针以离散点探测方式进行测量，这将误差直接影响到坐标测量机的测量精度；在测量中还存在单轴误差，以X轴为例，测量机在测量时延X轴运动，在Y轴方向或在Z轴方向就会产生位移，这就是沿X轴运动时,在Y轴方向或Z轴方向的直线度误差；还有一种角摆误差，三坐标测量机在测量时会与轴线产生转角，也会对实验结果产生影响。1. 3三维扫描技术的发展接触式测量方式并不能满足现代的测量需求，对于测量时间紧迫、零件表面经过特殊处理过的零件等，出现了另外一种测量工具一一三维扫描仪。1. 3.1三维扫描仪的发展历程三维扫描仪的发展经历了点、线和面测量三个阶段。点测量阶段（如图1.3a）

15、是通过每一次的测量点反应物体的特征，其测量精度高但是速度慢，测量周期长，所以出现线测量。线测量阶段（如图1.3b）是通过一段有效的激光线照射物体表面，再通过传感器得到物体表面数据信息，其特点测量速度快、范围大，但精度受激光线长度影响；面测量（如图l.3c）是通过一组光栅的位移，再同时经过传感器而采集到物体表面的数据信息。这种测量方式，方便获得待测零件的三维模型，在现代测量技术中也是非常常用的。此种测量技术也是本次毕设中应用的测量技术。a.关节臂扫描仪b.三维手持式激光扫描仪图1.3三维测量工具1. 3. 2 ATOS CORE的原理及特点ATOS CORE是本次三维扫描测量应用的软件，其原理是利用光学法中的激光三角法进行测量。ATOS计量技术利用三重扫描原理：系统将精确的条纹图案投射在物体表面，两台摄像机按照立体摄像原理进行记录。通过一开始的标定流程，已事先知道两台摄像机和投影头的光束路径，所以可由三个不同的射线交点