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非接触式三维测量装置设计

非接触式三维测量装置设计

本次设计主要是非接触式三维测量装置机械结构及其控制系统设计,根据设计要求,便携式设计:设备部件易拆易装,方便带至测量现场;可以实现横向、纵向的任意调动;利用步进电机带动光栅进行测量

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详细描述

非接触式三维测量装置设计
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,它针对现有的人体,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。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。人体全身(半身)扫描系统获取的人体点云数据包含了完整人体各个部位的准确的三维信息(整体精确达到0.5mm)。基于人体点云数据即点云数据模型可生成完整的人体网格模型即面片模型;基于人体点云数据,通过人体参数化数字处理软件可获得不同部位的准确人体参数尺寸。 
人体三维扫描系统也称三维人体测量系统,人体数字化系统,广泛应用于服装,动画,人机工程以及医学等领域。是发展人体(人脸)模式识别,特种服装设计(如航空航天服,潜水服),人体特殊装备(人体假肢,个性化武器装备),以及开展人机工程研究的理想工具。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,最后完成非接触式三维测量装置的设计工作。
关键词  三维模型    非接触式三维测量装置  光栅  扫描
 
总结与展望
6.1 全文总结
本次设计主要是非接触式三维测量装置机械结构及其控制系统设计,根据设计要求,便携式设计:设备部件易拆易装,方便带至测量现场;可以实现横向、纵向的任意调动;利用步进电机带动光栅进行测量;工作的内容总结如下:
一、绪论主要阐述逆向工程的概念,三维光学测量机在逆向工程中的作用以及它的应用与发展,本次设计的目的及其重大意义。
二、介绍三维光学测量机系统的测量原理,测量机的特点,然后详细介绍了控制系统的原理。
三、主要介绍三维光学测量机的整体设计法案。
四、主要描述机械部分的设计和一些硬件件的选择,对相应的硬件进行详细的介绍。
1、绘制整体结构草图。
2、底座、框架的设计。
4、电动平移台的结构设计。
5、扫描仪硬件的选择及一些硬件的详细介绍。
五、介绍测量机的相关设计计算。
6.2 展望
人们经常需要快速的获得物体表面的立体信息,将其转变为计算机能直接处理的信息。三维光学扫测量机这一装置将在许多领域可以发挥重要作用。
一、 工业制造业
三维光学测量系统提供了一种快速无接触的快速方法,能快速测量物体的立
体尺寸,可用于工业零件快速在线测量、仿制、快速制造系统、对特殊物体的测量等。
二、影视娱乐业
随着计算机图形图像技术的飞速发展,计算机影视特技技术越来越广泛地应用于影视、广告业,达到了过去无法想想的特技效果,已经成为高质量影视、广告制作不可缺少的手段。要在计算机上完成三维动画,必须要有三维模型数据,这时就可以用三维扫描系统将演员、道具、模型等的表面空间数据输入计算机系统中。
三、文物保护
三维光学测量系统能以不损伤物体的手段,获得文物的三维信息、纹理、便于长期保存、再现,给文物复制带来了很大的便利。
四、艺术
把该系统和数控雕刻机相结合,可以很方便地雕像。只要对对象进行一次扫描,就能获得其表面的每个点的坐标数据,将数据送入数控雕刻机,很快就能雕刻出逼真的雕像。
五、医学、整形、美容
能快速测量人体各个部分,宝库奥牙齿、面部、肢体等的尺寸,对美容、矫形、修复、口腔医学、假肢制作都非常有用。
六、服装
现在随着人民生活水平的提高,人们开始追求个性化服装设计,三维光学测量系统可以快速地获得人体所有尺寸,输入计算机,与服装CAD结合,按照每个人的模型进行服装设计,还可以直接在计算机上看到服装设计效果,并且可以进行二次设计。
七、学术研究
随着技术的发展,图形图像科技工作者的研究逐渐从二维进入三维,三维光学测量系统可以给他们提供迅速获取三维图像数据的手段,为三维物体识别的研究提供方便。

参考文献
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21  李真、邢渊,反向工程在实际生产中的应用,模具技术,2001,No.3

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 非接触式三维测量装置的测量原理 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 非接触式三维测量装置整体设计方案 18
3.1 设计要求 8
3.2 非接触式三维测量装置基本结构分析 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 非接触式三维测量装置机械部分设计 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 非接触式三维测量装置的设计计算 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
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