【文章內(nèi)容簡介】 影線，就可以得到被測物體表面的整幅圖像上像素的三位坐標(biāo)。 德國 Comet 三維激光測量機(jī)簡介德國 Steinbichler 公司是一家專業(yè)生產(chǎn)及設(shè)計(jì)測量設(shè)備及測量系統(tǒng)的公司，其產(chǎn)品種類繁多，用途廣泛，從單機(jī)到大型專用測量系統(tǒng)；從牙醫(yī)到工業(yè)設(shè)計(jì)；從汽車到飛機(jī)測量；從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)；從應(yīng)力分析到運(yùn)動(dòng)分析，直至虛擬人物制作都得到了廣泛應(yīng)用。Comet C200/400VZ 由該公司出品，它綜合了光學(xué)三角法、條紋投影法、相位移動(dòng)法等原理對實(shí)物做高速、高精度、非接觸測量，廣泛應(yīng)用于反求工程及工業(yè)檢測等領(lǐng)域。Comet 掃描系統(tǒng)由一個(gè)數(shù)碼攝像機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)光柵組成，一次可采集150ｘ200mm 或 295ｘ390mm 范圍內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，精度177。對大型物體，可在 Aicon 數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)輔助下，通過多幅深度圖像拼接，完成測量。對小件物體，換用變焦鏡頭進(jìn)行細(xì)部測量。 　　 圖 Comet 光學(xué)掃描系統(tǒng) 圖 Aicon 數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)光柵攝像機(jī)實(shí)物圖 光柵投影測量示意圖 Comet Variozoom 測量原理　　這項(xiàng)技術(shù)的物理學(xué)基礎(chǔ)是局部三角形測量法。在這里，通過白光源將一系列光柵化光束投射到待測量的物體上，再用數(shù)碼攝像機(jī)將這些投射到物體表面上的光柵拍下來?！　⊥ㄟ^旋轉(zhuǎn)光柵，投影的模式也會(huì)隨之變化。因此，對每一個(gè)在數(shù)碼攝像機(jī)上獲得的圖片，都會(huì)分配有一個(gè)確定的編碼。進(jìn)而，對物體每一個(gè)點(diǎn)的三維位置，可以從目標(biāo)鏡頭 K1 和光柵投影中心 K2 之間的距離 b 及三角法中的角 α和 β計(jì)算得到，如圖 所示。圖 三角形測量原理待測實(shí)物 光柵投影 獲取 2 D 圖像 相位包裹相位展開2 . 5 D 深度圖像配準(zhǔn)對齊3 D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖像分析與處理 圖 Comet 測量系統(tǒng)原理圖 Comet 光學(xué)測量流程圖 Comet 光學(xué)測量流程圖 COMET Variozoom 的特點(diǎn)COMET Variozoom 的特點(diǎn)有如下 7 項(xiàng)：數(shù)據(jù)質(zhì)量和點(diǎn)云密度高只利用一臺(tái)照相機(jī)便可以將復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的陰影效果降到最小，而且也消除了因在同一個(gè)系統(tǒng)中使用兩臺(tái)照相機(jī)工作所可能引起的同步誤差，保證每個(gè)測量面獲得高質(zhì)量的三維數(shù)據(jù)。使用一臺(tái)一次能拍攝 200 萬個(gè)點(diǎn)的高效能照相機(jī)更有助于取得實(shí)效高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。利用專有的測量方法，測量精度可達(dá)到177。多種解像度及變焦功能由于在 COMET VarioZoom 系統(tǒng)里內(nèi)置有軟件控制的調(diào)焦功能，用戶可以很輕松的調(diào)整解像度。因此，對于物體表面上重要的局部細(xì)節(jié)就可以利用這種高解像度模式進(jìn)行測量；而對于物體表面上大部分的同類曲面部分則可以采用標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行測量。用戶可以根據(jù)被測物體的特點(diǎn)制定最佳的測量方案。通過使用軟件控制的可變焦功能，無須繁鎖地更換軟件。改變測量區(qū)域不需要重新標(biāo)定設(shè)備與普通系統(tǒng)相比，COMET VarioZoom 系統(tǒng)通過使用可變焦功能，在改變測量范圍后無須重新標(biāo)定測量頭，這就大大節(jié)省了測量時(shí)間。需要注意的是：通常在測量儀的鏡頭的時(shí)候，最好還是重新標(biāo)定一下，因?yàn)閾Q鏡頭會(huì)造成測量儀內(nèi)部一些微小的變動(dòng)，與原來的測量精度有些差異?，F(xiàn)場標(biāo)定Comet C200/400VZ 的配件中有兩塊標(biāo)定板，測量頭采用 C400VZ 的鏡頭的時(shí)候使用大板，采用 C200VZ 的鏡頭的時(shí)候則使用小板。利用系統(tǒng)自帶的標(biāo)定板,一個(gè)簡單的系統(tǒng)校驗(yàn)( 校驗(yàn)功能) ,每轉(zhuǎn)換一次鏡頭，都需要標(biāo)定一次；如果使用單鏡頭，每年標(biāo)定一次就足夠了。機(jī)械性能測量者通過調(diào)整測量頭上的交匯激光點(diǎn),可以容易地控制測量頭和被測物體表面之間的測量距離。緊固結(jié)實(shí)的構(gòu)造，不但在測量頭重量和手工操作強(qiáng)度上沒有任何負(fù)面效果，而且能保證在普通工業(yè)條件下得到極高的數(shù)據(jù)質(zhì)量。系統(tǒng)部件（測量頭、控制器、微機(jī)）可以放在專用鋁箱里，使其在運(yùn)輸中得到最完好的保護(hù)。使用該光學(xué)部件和機(jī)械設(shè)備，即使在惡劣的環(huán)境光線條件下也能獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。友好用戶界面軟件即使對于無多少經(jīng)驗(yàn)的用戶來說，智能化的軟件（Windows 風(fēng)格)可以不需過多的培訓(xùn)就可以安全地操作。多種軟件配置這里有三種不同的軟件模塊供選擇（BASIC，MATCH 和 REFERENCE） ，因此有可能把最優(yōu)化的測量方法應(yīng)用到實(shí)際中去。BASIC：通過交互式拼接由參考點(diǎn)或聯(lián)接點(diǎn)組成的單個(gè)圖片，BASIC 配置可以用來測量較小物體或獲取大物體的三維表面。MATCH：通過單個(gè)圖片的空間拼接，來進(jìn)行小物體和大物體三維表面的測量。通過物體表面特征或增加連接點(diǎn)，來進(jìn)行自動(dòng)識別和預(yù)聯(lián)接。這就使該配置尤其適合測量有明顯表面特征的物體（BASIC 配置包含在 MATCH 配置里） 。4 逆向工程軟件簡介本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要使用的軟件是 Imageware 和 UG。Imageware 主要用于點(diǎn)云導(dǎo)入和模型特征的提??；UG 主要用于 CAD 建模。 UG 簡介Unigraphics Solutions 公司（簡稱 UGS）是全球著名的 MCAD 供應(yīng)商，主要為汽車與交通、航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械以及電子工業(yè)等領(lǐng)域通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā)（VPD）的理念提供多級化的、集成的、企業(yè)級的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的 MCAD 解決方案。其主要的 CAD 產(chǎn)品是 UG。UG 公司的產(chǎn)品主要有為機(jī)械制造企業(yè)提供包括從設(shè)計(jì)、分析到制造應(yīng)用的Unigraphics 軟件、基于 Windows 的設(shè)計(jì)與制圖產(chǎn)品 Solid Edge、集團(tuán)級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) iMAN、產(chǎn)品可視化技術(shù) ProductVision 以及被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實(shí)體建模核心 Parasolid 在內(nèi)的全線產(chǎn)品。UG 在航空航天、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場上得到了廣泛的應(yīng)用。多年來，UGS 一直在支持美國通用汽車公司實(shí)施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，同時(shí) Unigraphics 也是日本著名汽車零部件制造商 DENSO 公司的計(jì)算機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應(yīng)用，如 Navistar、底特律柴油機(jī)廠、 Winnebago 和 Robert Bosch AG 等。另外，UGS 公司在航空領(lǐng)域也有很好的的表現(xiàn)：在美國的航空業(yè)，安裝了超過10000 套 UG 軟件；在俄羅斯航空業(yè)，UG 軟件具有 90%以上的市場；在北美汽輪機(jī)市場，UG 軟件占 80%。UGS 在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)也占有領(lǐng)先地位，擁有如 Pratt amp。 Whitney 和 GE 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有：B/E 航空公司、波音公司、 以色列飛機(jī)公司、英國航空公司、Northrop Grumman、伊爾飛機(jī)和Antonov。UGS 公司的產(chǎn)品同時(shí)還遍布通用機(jī)械、醫(yī)療器械、電子、高技術(shù)以及日用消費(fèi)品等行業(yè)，如：3M、WillPemco 、Biomet 、Zimmer 、飛利浦公司、吉列公司、Timex 、 Eureka 和 Arctic Cat 等。UG 具有豐富的曲面建模工具。包括直紋面、掃描面、通過一組曲線的自由曲面、通過兩組類正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標(biāo)準(zhǔn)二次曲線方法放樣、等半徑和變半徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩張及多張曲面間的光順橋接、動(dòng)態(tài)拉動(dòng)調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點(diǎn)云生成、曲面編輯。UG 進(jìn)入中國已經(jīng)有九個(gè)年頭了，其在中國的業(yè)務(wù)有了很大的發(fā)展，中國已成為遠(yuǎn)東區(qū)業(yè)務(wù)增長最快的國家。幾年來，UG 在中國的用戶已超過 800 家，裝機(jī)量達(dá)到3500 多臺(tái)套。 UG 的特點(diǎn)：建模的靈活性復(fù)合建模：無需草圖,需要時(shí)可進(jìn)行全參數(shù)設(shè)計(jì)，無需定義和參數(shù)化新曲線，可直接利用實(shí)體邊緣。幾何特征：具有凸墊、鍵槽、凸臺(tái)、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征、引用模式。光順倒圓：業(yè)界最好的倒圓技術(shù)，可自適應(yīng)于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構(gòu)形，變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。協(xié)同化裝配建?？商峁┳皂斚蛳隆⒆缘紫蛏蟽煞N產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義方式并可在上下文中設(shè)計(jì)、編輯，高級的裝配導(dǎo)航工具，可圖示裝配樹結(jié)構(gòu)，可方便快速的確定部件位置，對裝配件的簡化表達(dá)，隱藏或關(guān)掉特定組件。局部著色，強(qiáng)大的零件間的相關(guān)性，配對條件，零件間的表達(dá)式（關(guān)系） ，協(xié)同化團(tuán)隊(duì)工作，可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，團(tuán)隊(duì)成員可并行設(shè)計(jì)產(chǎn)品中各子裝配或零件。直觀的二維繪圖對制圖員來講，簡單并富于邏輯性，剖視圖自動(dòng)相關(guān)于模型和剖切線位置，正交視圖的計(jì)算和定位可簡便的由一次鼠標(biāo)操作完成，自動(dòng)隱藏線消除，自動(dòng)尺寸排列，不需要了解設(shè)計(jì)意圖，自動(dòng)工程圖草圖尺寸標(biāo)注。被業(yè)界證實(shí)的數(shù)控加工2 軸 5 軸銑、車加工，線切割，鈑金件制造，刀軌仿真和驗(yàn)證，刀具庫、標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)庫功能。領(lǐng)先的鈑金件制造可在成型或展開的情況下設(shè)計(jì)或修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，折彎工序可仿真工藝成型過程，鈑料展開幾何自動(dòng)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)，可在一幅工程圖中直接展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)和鈑料展開幾何。集成的數(shù)字分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，硬干涉檢查和軟干涉檢查，運(yùn)動(dòng)仿真和分析，動(dòng)畫過程中的動(dòng)態(tài)干涉檢查。廣泛的用戶開發(fā)工具用戶命令宏，高級編程語言，可自定義裁剪的用戶界面內(nèi)嵌的工程電子表格可與其他表格軟件交換數(shù)據(jù)，可簡便定義零件系列，可方便修改表達(dá)式，可生成扇形圖、直方圖和曲線圖等。照片真實(shí)效果渲染利用基于數(shù)字的設(shè)計(jì)審視，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，快速成型?？煞蛛A段實(shí)施的數(shù)據(jù)管理業(yè)界最緊密的 CAD／CAM／CAE 與 PDM 集成，可管理 CAD 數(shù)據(jù)以及整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù)。 Imageware 簡介Imageware 由美國 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程軟件，正被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件等設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。該軟件擁有廣大的用戶群，國外有 BMW、Boeing 、GM 、Chrysler、Ford 、raytheon、Toyota 等著名國際大公司，國內(nèi)則有上海大眾、上海交大、上海 DELPHI、成都飛機(jī)制造公司等大企業(yè)。以前該軟件主要被應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)，因?yàn)檫@兩個(gè)領(lǐng)域?qū)諝鈩?dòng)力學(xué)性能要求很高，在產(chǎn)品開發(fā)的開始階段就要認(rèn)真考慮空氣動(dòng)力性。常規(guī)的設(shè)計(jì)流程首先根據(jù)工業(yè)造型需要設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)，制作出油泥模型之后將其送到風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室去測量空氣動(dòng)力學(xué)性能，然后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對模型進(jìn)行反復(fù)修改直到獲得滿意結(jié)果為止，如此所得到的最終油泥模型才是符合需要的模型。如何將油泥模型的外形精確地輸入計(jì)算機(jī)成為電子模型，這就需要采用逆向工程軟件。首先利用三坐標(biāo)測量儀器測出模型表面點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件，例如：用 Imageware surfacer 進(jìn)行處理即可獲得class 1 曲面。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和消費(fèi)水平的不斷提高，其它許多行業(yè)也開始紛紛采用逆向工程軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。以微軟公司生產(chǎn)的鼠標(biāo)器為例，就其功能而言，只需要有三個(gè)按鍵就可以滿足使用需要，但是，怎樣才能讓鼠標(biāo)器的手感最好，而且經(jīng)過長時(shí)間使用也不易產(chǎn)生疲勞感卻是生產(chǎn)廠商需要認(rèn)真考慮的問題。因此微軟公司首先根據(jù)人體工程學(xué)制作了幾個(gè)模型并交給使用者評估，然后根據(jù)評估意見對模型直接進(jìn)行修改，直至修改到大家都滿意為止，最后再將模型數(shù)據(jù)利用逆向工程軟件 Imageware 生成 CAD 數(shù)據(jù)。當(dāng)產(chǎn)品推向市場后，由于外觀新穎、曲線流暢，再加上手感也很好，符合人體工程學(xué)原理，因而迅速獲得用戶的廣泛認(rèn)可，產(chǎn)品的市場占有率大幅度上升。Imageware 逆向工程軟件的主要產(chǎn)品有： Surfacer——逆向工程工具和 class 1 曲面生成工具；Verdict— —對測量數(shù)據(jù)和 CAD 數(shù)據(jù)進(jìn)行對比評估；Build it——提供實(shí)時(shí)測量能力，驗(yàn)證產(chǎn)品的制造性；RPM——生成快速成型數(shù)據(jù)；View—— 功能與 Verdict 相似，主要用于提供三維報(bào)告；Imageware 采用 NURB 技術(shù)，軟件功能強(qiáng)大，易于應(yīng)用。Imageware 對硬件要求不高，可運(yùn)行于各種平臺(tái)：UNIX 工作站、 PC 機(jī)均可，操作系統(tǒng)可以是 UNIX、NT 、 Windows95 及其它平臺(tái)。Imageware 由于在逆向工程方面具有技術(shù)先進(jìn)性，產(chǎn)品一經(jīng)推出就占領(lǐng)了很大市場分額，軟件收益正以 47% 的年速率快速增長。Surfacer 是 Imageware 的主要產(chǎn)品，主要用來做逆向工程，它處理數(shù)據(jù)的流程遵循點(diǎn)——曲線——曲面原則，流程簡單清晰，軟件易于使用。其流程如下：點(diǎn)過程（1）讀入點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。Sur