图1三维物体形状检测方法
下表从精度、速度、适用范围对主要的检测方法进行了分析与比较。
表各种测量方法的比较
非接触测头数字化速度高,比如激光带扫描可达到19000 点, 3D成像每场可达 1,300,000 点(一场约需要 10 秒种),然而, 非接触测头的精度比较低,低于25微米(100x100x100 mm3 ),且物体表面条件:如质地,颜色粗糙度反光程度等,都会影响非接触测头的数字化效果。此外,现有光学三维测量主流技术及其设备主要针对的是漫反射物体的三维测量,难以有效地测量非漫反射物体。而在实际应用中,大量被测物体的表面性为非漫反射,特别是在工业领域,非漫反射物体更是占有较大的比重,如抛光模具等精加工零部件、印刷电路板的焊点等。对于希望作高精度拷贝的应用或生产中的精加工工件来说,使用接触式扫描测头仍然有不可取代的优势。 接触式测量中目前使用*为广泛的和*为可靠的方法是坐标测量机(CMM)。传统的测量机多采用触发式接触测头,每一次获取自由曲面上一点的X、Y、Z坐标值。这种测量速度慢,而且很难测得较**的曲面信息。九十年代初,一些坐标测量机生产厂家,先后研制出三维力位移传感的扫描测量头,这些测量头可以在工件上滑动测量,连续获取表面的坐标信息,其扫描速度可高达8m/min,数字化速度可高达500点/秒,数字化精度可以达到1微米,缺点是数字化速度低。3.接触式扫描测绘应用实例 在玻璃制品生产中,为加快产品开发进度,除了根据用户提供的产品图纸进行模具设计外,对样品实物进行测绘造型可以更好地了解产品的实际使用要求和更准确地快速确定出模具型腔尺寸。对于玻璃这样的非漫反射物体,接触式扫描测量在精度和速度方面具有不可取代的优势。 目前市场上流行的超薄CRT电视机中的16:9扁平玻锥在3DFAMILY测量机上用3D-DMIS测量软件中的数学找正法建立工件坐标系后,按未知曲线Digitize模式用SP25扫描测头进行闭线扫描等高线的情况和CALYPSO内嵌CAD模块对曲线测量结果和工件坐标系的IGES**输出。 与非接触测量法获得工件外形点云数据后需要通过Surfacer、CopyCAD等专用RE软件进行除噪、过滤、平滑、稀疏等预处理不同,由于主动式连续扫描测头能够**地得到测点的坐标和法矢,所以数据预处理的工作大为简单。对玻锥测点数据只需去除每条曲线两端触测点附近的几点数据和在CAD软件中由点构建曲线时的个别异常点即可。
图2CAD软件中的测结果数据点
图3产品CAD造型
将处理后的点数据导入CAD软件中按点→线→面的方法逐条构建曲线,再采用过曲线造面的方法分片构面,然后通过曲面编辑的方法得到整个产品的造型。或是通过Surfacer、CopyCAD等专用RE软件进行除噪、过滤、平滑、稀疏等预处理后构造三角面片再生成曲面也可得到整个产品的造型。如图2、3所示。4.结束语 对实物模型进行测量造型过程中的三维数据采集方法多种多样,非接触式或接触式扫描测量都有各自的应用范围,在高精度和非漫反射物体等的测量中,基于三坐标测量机(CMM)的接触式扫描测头仍然具有明显的优势,并将继续在产品和模具开发中发挥重要作用。