重慶大學三維丈量及反求工程實驗報告.重慶大學三維丈量及反求工程實驗報告.PAGE16/16PAGE16重慶大學三維丈量及反求工程實驗報告.PAGE

重慶大學

學生實驗報告

實驗課程名稱三維丈量與反求工程實驗指導老師開課實驗室學院機械工程年級2021專業(yè)機械制造及其自動化學生姓名學號開課時間2021至2021學年第一學期

總成績

教師署名

機械工程學院制

?三維丈量與反求工程實驗報告?實驗報告

實驗名稱三維丈量與反求工程實驗時間2021年12月1日一、實驗?zāi)康?/p>

1、認識三坐標丈量機系統(tǒng)的構(gòu)成，根來源理及其使用方法；

2、認識曲線和曲面三維丈量的根來源理和掌握根本丈量方法；

3、學會采納三維坐標丈量機系統(tǒng)對曲線和曲面的丈量和剖析方法。

二、實驗器械

1、青島英柯ZC1066H三坐標丈量機

丈量范圍1000mm×600mm×600mm

精度μm丈量精度mμ

測頭PH10M

2、丈量對象：鼠標外殼

三、實驗內(nèi)容及步驟：

1、標定鼠標所需丈量的特點點和曲線；

2、開機、丈量機回零，在標準球上校準測頭；

3、成立工件坐標系；

4、將測頭移至開端特點點，沿著標定曲線開始丈量；

5、采集計算機采集的丈量數(shù)據(jù)，并保留為*.out格式；

6、將所測得的數(shù)據(jù)導入Solidworks2021軟件中進行點云數(shù)據(jù)辦理，并進行模

型重構(gòu)；

7、剖析重構(gòu)后的模型，并進行創(chuàng)新方案設(shè)計。

四、實驗結(jié)果：

實驗指導教師考語：

教師署名：考察成績學分年月日

一、實驗?zāi)康?/p>

1、認識三坐標丈量機的構(gòu)成、根來源理及其使用方法。

2、認識曲線、曲面的丈量原理，并掌握其根本丈量的方法。

3、學會用三坐標丈量機對曲線、曲面進行丈量及剖析方法。

二、實驗儀器設(shè)施

1、實驗設(shè)施：青島英柯ZC1066H三坐標丈量機，參數(shù)以下：

丈量范圍1000mm×600mm×600mm

精度μm丈量精度mμ

測頭PH10M

2、丈量對象：鼠標外殼

3、數(shù)據(jù)辦理及重構(gòu)軟件：Solidworks2021

三、實驗原理

1、三維丈量原理及設(shè)施

本實驗使用青島英柯ZC1066H三坐標丈量機達成，三坐標丈量機的三個坐標軸互成直角配置。其系統(tǒng)構(gòu)成局部以下列圖。

圖三坐標丈量系統(tǒng)構(gòu)成原理

丈量機的主體的構(gòu)成局部有：底座、臂架、丈量工作臺、X向、Y向、Z導游軌，

Z軸支撐與均衡裝置，X，Y和Z向傳動系統(tǒng)及操作系統(tǒng)。其根來源理就是經(jīng)過探測傳感器〔探頭〕與丈量空間軸線運動的配合，對幾何元素進行失散的空間點地點的

獲取，而后經(jīng)過必定的數(shù)學計算，達成對所測得點的剖析擬合，最后還原出被測的

幾何元素，并在此根基上計算其與理論值之間的偏差，進而達成對被測零件的查驗

加工。

三坐標丈量機是一種三維尺寸的精細丈量儀器，主要用于零零件尺寸、形狀和

互相地點的檢測。是鑒于三坐標丈量原理，馬上被測物體置于三坐標丈量機的丈量

空間，獲取被測物體上各測點的坐標地點，依據(jù)這些點的空間坐標值，經(jīng)過數(shù)學運

算，求出被測的幾何尺寸、形狀和地點，來判斷被測產(chǎn)品能否抵達加工圖紙所標國標公差的范圍內(nèi)。

2、逆向工程原理逆向工程(ReverseEngineering

,

RE)是相關(guān)于傳統(tǒng)的正向工程

(Forward

Engineering,FE)而提出的。逆向工程是針對現(xiàn)有三維實物，在沒有技術(shù)文檔的狀況

下，利用三維數(shù)字化丈量設(shè)施正確、迅速測得輪廓的幾何數(shù)據(jù)，并加以建構(gòu)、編寫、

改正生成通用輸出格式的曲面數(shù)字化模型，再送入通用CAD/CAM系統(tǒng)中，作進一

步的辦理，進而生成NC加工路徑或RP所需的模型截面輪廓數(shù)據(jù)，最后復(fù)制出實物或其原型的過程。它所波及的重點技術(shù)包含：三維實體幾何形狀數(shù)據(jù)的迅速獲取，大型密集失散數(shù)據(jù)辦理及其三維實體模型重構(gòu)，迅速原型及迅速加工等技術(shù)。其詳細流程圖以下列圖。

改制仿造產(chǎn)品二維圖樣、技術(shù)PCAD/CAE系統(tǒng)DCAD模型重構(gòu)數(shù)據(jù)采集M系制作系統(tǒng)CAM迅速原型實物或模型統(tǒng)模具產(chǎn)品樣件

新產(chǎn)品

圖逆向工程流程圖

四、實驗內(nèi)容

1、實驗準備

〔1〕將PH10M測頭連結(jié)在三坐標丈量機〔含操控桿〕上，保持與探頭接口、

探頭控制器、計算機等接口的通信通暢，并調(diào)試好所有設(shè)施；

〔2〕準備好實驗所需的丈量對象:端蓋；

〔3〕將被測端蓋固定在工件夾持臺上。

2、數(shù)據(jù)采集

〔1〕啟動三坐標丈量機的電源，同時打開計算機并進入EZ-DMIS軟件界面，

而后檢查所有設(shè)施接口通信并保持通暢。

〔2〕經(jīng)過標定球〔已放在三坐標丈量機工作臺上〕對PH10M測頭進行標定。

〔3〕操控手柄，將測頭移到丈量的開端點鄰近，準備開始丈量。持續(xù)轉(zhuǎn)動操控

桿使測頭迫近并輕觸丈量開端點，同時在計算機顯示屏上便出現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)點坐標

值。采集的數(shù)據(jù)見附表。

〔4〕將所有點的數(shù)據(jù)保留為*.out文件格式。

3、數(shù)據(jù)辦理階段

〔1〕依據(jù)軟件Solidworks2021能識其他格式從原始丈量數(shù)據(jù)中提取所需數(shù)據(jù)并

保留為*.out或*.txt格式。

〔2〕在Solidworks2021中對點云數(shù)據(jù)進行預(yù)辦理，并進行曲面辦理，最后達成

曲面的重構(gòu)。

4、模型重構(gòu)階段

依據(jù)鼠標曲面重構(gòu)結(jié)果，對鼠標實體模型及重點實體特點進行重構(gòu)，最后在實

體重構(gòu)的根基長進行創(chuàng)新性設(shè)計。

五、實驗數(shù)據(jù)辦理

1、實驗數(shù)據(jù)預(yù)辦理

〔1〕將由三坐標丈量機獲取的*.out格式實驗數(shù)據(jù)整理成*.txt文本格式〔見附錄〕，在Solidworks2021Scanto3D插件環(huán)境下以點云的方式導入。原始數(shù)據(jù)導入后如圖1所示，因為丈量偏差以及實驗過程中不行防備地存在很多擾亂要素，致使丈量數(shù)據(jù)與被測物的真切輪廓有必定的偏差，即數(shù)據(jù)存在噪點。

圖原始點云數(shù)據(jù)

〔2〕因為本次實驗采集的數(shù)據(jù)相對較少，噪聲點的存在會進一步降低反求結(jié)果

的精度，所以有必需對噪聲點進行剔除辦理，在網(wǎng)格辦理導游指令下，對點云噪點

剔除辦理，原始數(shù)據(jù)為271個點云數(shù)據(jù)，剔除后為260個點云數(shù)據(jù)。而后進行點云

定位，噪點剔除及點云定位結(jié)果以下圖，不言而喻點云數(shù)據(jù)相對從前更為規(guī)整，

這為以后的曲面生成確立了根基。

圖點云數(shù)據(jù)辦理及坐標定位結(jié)果

2、曲面的重構(gòu)及辦理

〔1〕考慮到丈量對象為曲面許多的鼠標，采納曲率采樣的方式對圖2所示數(shù)據(jù)

點進行包絡(luò)辦理生成366網(wǎng)面片，包絡(luò)結(jié)果以下圖。

圖曲面包絡(luò)結(jié)果

〔2〕以下列圖包絡(luò)成的曲面存在許多的不規(guī)那么孔洞，對曲面進行網(wǎng)格修理后如

圖所示。

圖網(wǎng)格修理結(jié)果

3、實體模型的重構(gòu)及辦理

〔1〕圖所示為曲面，它對應(yīng)的是鼠標的上表面外殼，采納自動方式生成實體后以下列圖。

圖實體模型生成結(jié)果

〔2〕以下列圖，面于面之間存在較大的棱角，進行整體光滑、局部光滑、界限光滑辦理并提取所有面后獲取圖所示結(jié)果，右圖可見，本來不規(guī)那么的表面進過一系列辦理以后表面十分圓滑。

圖提取面結(jié)果

〔3〕對圖所示的結(jié)果進行曲面剪裁，刪除細小網(wǎng)格面后獲取如圖所示的鼠標實體根基模型。

圖實體模型光滑結(jié)果

〔4〕因為在重構(gòu)過程中忽視了鼠標滾輪及一些細小特點，為了獲取較為正確的三

維模型。最后，對鼠標滾輪等實體特點進行重構(gòu)后結(jié)果以下圖。

圖重構(gòu)實體模型結(jié)果

六、反求結(jié)果剖析

在模型重構(gòu)過程中，從最開始的點云數(shù)據(jù)到最后的實體模型成立，進過點的降

噪辦理，曲面的包絡(luò)辦理，到最后的三維實體光滑辦理，在這些過程中都會對重構(gòu)

的模型與被測物實體模型對比造成必定的偏差，此外因為丈量數(shù)占有限，也會造成

重構(gòu)模型與被測物實體模型對比造成必定偏差。而上述的偏差歸納起來就是重構(gòu)模

型邊沿的曲線偏差，所以有必需對重構(gòu)模型邊沿曲線進行偏差剖析，在Solidworks

2021偏差剖析結(jié)果以下列圖，可見邊沿曲線偏差是較大的，這主要原由是重構(gòu)過程中在由曲面生成體的過程中忽視了側(cè)面輪廓的生成致使邊沿曲率與原模型偏差較大。所以，在此后的模型重構(gòu)過程中不可以忽視任何模型特點。

圖曲線偏差剖析

七、創(chuàng)新改進設(shè)計

依據(jù)以上鼠標模型重構(gòu)結(jié)果〔圖〕，聯(lián)合人機工程學以及平時我們在使用過程中對鼠標的要求對鼠標進行創(chuàng)新性設(shè)計，鼠標上部設(shè)置有電量指示燈，當鼠標電量充分時，指示燈呈紅色，而當鼠標電量較低以及沒電時，指示燈呈黃色，這就會告訴我們鼠標電池馬上耗盡，我們需要實時改換電池。人機工程學的流線型，保證了使用者長時間使用鼠標的舒坦性，減少疲憊與不適。此外，為了輕型化以及提升鼠標的耐摔性，鼠標最柔弱的上邊板采納炭纖維面板，而其余構(gòu)造局部采納較輕的塑料復(fù)合資料。最后創(chuàng)新設(shè)計鼠標三維模型以下列圖。

圖鼠標模型創(chuàng)新設(shè)計結(jié)果

八、實驗總結(jié)

從前對逆向工程不過聽聞過而已，并未進行較深入的認識，更沒有自己實踐。經(jīng)過林老師所上的三維丈量及反求工程后，不單對逆向工程及其設(shè)施原理有了較深入的認識。經(jīng)過對鼠標的三維丈量，并依據(jù)丈量結(jié)果進行模型重構(gòu)以及到最后的創(chuàng)新設(shè)計，讓我對逆向工程的操作