基于三坐标测绘仪的犁体曲面测绘及三维图像生成
基于机器视觉的犁体锻件轮廓测量
收稿日期:2015-12-20基金项目:公益性行业(农业)科研专项项目(201503116);国家自然科学基金资助项目(51275318)作者简介:邢作常(1971-),男,博士研究生,讲师,从事计算机视觉研究,E-mail :xingzuochang@ ;*通讯作者:张祖立(1952-),男,教授,博士生导师,从事智能农业装备研究,E-mail :syauzhangzuli@犁体锻件是农业机械的重要零部件,它们的形状和尺寸精度直接影响到犁体的工作性能和能耗。
犁体曲面的准确、快速测量一直是困扰犁体设计、制造(包括其模具制造、设计)的难题,尤其是犁体热态锻件的现场、实时测量。
为此,国内外对其进行了很多研究。
赵毅等[1]提出了一种使用数字滤波技术和结构光三维测量技术进行热锻件尺寸检测的方法,但稳定性和精度有待提高。
聂绍珉等[2-3]采用图像灰度识别锻件边界并计算出锻件的直径。
缺点是只能获得简单尺寸,且操作麻烦,精度低。
孟德安等[4]研究了板材折弯件全长弯曲角度的双目视觉检测方法。
德国开发了LaCam-Forge 锻件测量系统。
该系统采用激光测距原理,通过激光器扫描锻件表面,采集数基于机器视觉的犁体锻件轮廓测量邢作常,田素博,刘思瑶,林静,张祖立*(沈阳农业大学工程学院,沈阳110161)摘要:犁体轮廓是犁体曲面的边界,对犁体的很多性能都有影响。
为了实现高温热态犁体锻件的快速、精确、非接触、自动化在线实时测量,提出计算机双目立体视觉犁体轮廓测量的解决方案;设计基于形态学的抗噪型边缘检测算子,实现犁体锻件的亚像素边缘提取;在对原始图像重投影和立体校正的基础上,研究亚像素二次校精校正算法,提高左右图像立体匹配的质量和速度。
以犁胫为试验对象,采用双目立体视觉和图像处理,在HALCON 和MATLAB 平台上,开发基于机器视觉的犁体锻件轮廓测量系统,实现犁体轮廓的边缘提取、边缘重构、边缘拟合和数学描述,解决犁体轮廓尤其是热态锻件犁体轮廓测量难的问题,为犁体轮廓的检验、测绘、描述、制造和设计提供了新的途径。
犁体工作曲面测绘
犁体工作曲面测绘犁体工作曲面测绘是一种针对犁体工作表面进行测量和描绘的技术，主要应用于农业机械领域，特别是犁耕机械。
犁体作为犁耕机械的核心部件，其工作曲面对于耕作质量、土壤破碎和翻耕效果具有重要影响。
本文将介绍犁体工作曲面测绘的主要步骤、方法和应用。
一、测绘准备工作在进行犁体工作曲面测绘前，需要做好以下准备工作：1.了解犁体结构：在开始测绘前，需要了解犁体的基本结构、工作原理和特点，以便确定测绘的重点和难点。
2.收集相关资料：收集与犁体相关的技术手册、图纸、说明书等资料，以便对犁体有更全面的了解。
3.准备测量工具：根据需要，准备相应的测量工具，如测量尺、卡尺、百分表等。
4.选择合适的测量方法：根据犁体的结构和特点，选择合适的测量方法，如直接测量法、间接测量法或组合测量法。
二、测绘主要步骤犁体工作曲面测绘的主要步骤如下：1.确定测量基准：根据需要选择合适的测量基准，如平面、圆柱面等。
2.选取测量点：根据犁体的结构和特点，选取具有代表性的测量点。
3.测量工作曲面：使用合适的测量方法，对选取的测量点进行实际测量。
4.数据处理与分析：对测量得到的数据进行整理、分析和处理，得出工作曲面的形状、大小和特征等信息。
5.绘制工作曲面：根据处理后的数据，绘制出犁体的工作曲面。
三、测绘方法及注意事项在犁体工作曲面测绘中，需要注意以下几点：1.测量点的选择要具有代表性，能够反映犁体工作曲面的整体特征。
2.测量方法要准确可靠，能够满足测量精度要求。
3.数据处理要严谨，避免因数据处理不当而导致误差。
4.绘制工作曲面时要注意细节处理，如曲面的平滑度、连续性和美观性等。
四、应用及意义犁体工作曲面测绘技术在农业机械领域具有广泛的应用价值。
通过对犁体工作曲面的测绘，可以获得犁体的详细几何形状和尺寸信息，为犁耕机械的设计、制造和维护提供重要的技术支持。
具体来说，犁体工作曲面测绘的意义包括：1.优化犁体设计：通过对工作曲面的测绘，可以获取犁体的详细几何信息，为进一步优化犁体设计提供依据。
利用三坐标测量逆向进行模具制作的应用
Internal Combustion Engine & Parts• 69 •利用三坐标测量逆向进行模具制作的应用李畅;王继武(秦皇岛技师学院机械加工系，秦皇岛066000)摘要：目前数字化模型的获取有很多方式，其中以三坐标测量获取数据并通过处理转化为数字模型应用最为广泛。
利用三坐标测 量配合实体造型软件的获得反求不规则曲面是目前应用较为广泛的技术手段，本文以模具开发过程为例介绍三坐标测量技术与3D 打印技术配合在曲面特征数字提取过程中的应用。
关键词院三坐标测量;3D打印；数字模型；数据处理;模具开发0引言逆向工程是一种产品设计技术的再现过程，即针对一项目标产品进行逆向分析及演绎，从中总结出它的技术规 格、组织结构、功能特性和处理流程等设计方面的特征，再利用制作技术做出与之有同类功能但不完全一样的产品。
逆向工程的流程如图1所示，其根本目的是在无法获得某产品的重要生产信息时，通过成品分析反向推倒出该产品的设计原理。
本文以小铲子模具开发过程为例介绍三坐标测量技术与3D打印技术配合在逆向反求过程中的应用。
作者简介：李畅（1971-)，男，河北秦皇岛人，一级实习指导教师，本科，研究方向为数控加工；王继武（1979-)，男，河北唐山人，高级讲师，本科学历，硕士学位，研究方向为数控加工。
工件的端面、外圆进行定位。
在进行工件装夹时采用三爪自定心卡盘来实现工件的夹紧。
1411.4刀具选用根据零件的结构特征和加工表面特征进行加工刀具的选用。
外形轮廓多为外圆，还有端面。
因此，选用93。
外圆偏刀进行工件的粗车加工和精车加工，完成上述外形加 工；采用宽度为3mm的切槽刀进行工件两处槽的加工；选用45。
车刀进行倒角。
1.5切削用量的确定①粗加工的主要目的是尽快的将工件表面多余的金 属切削掉，留够精车余量。
因此，进给量和背吃刀量要大，但主轴转速相对较低。
主轴转速选择800r/min，进给量选为0.2m m/r,背吃刀量确定为1.5mm。
三坐标测量机测量曲面的三维绘图法
三坐标测量机测量曲面的三维绘图法
三坐标测量机测量曲面的三维绘图法
温永新;陈立英;张万才
【期刊名称】《无线电通信技术》
【年(卷),期】2004(030)002
【摘要】介绍和分析了在三坐标测量机上测量曲面解决探头半径引起测量误差的几种常用方法,并提出用三维设计软件,处理三坐标测量机测量曲面的数据.消除了三坐标测量机探头半径引起的测量误差,提高了精度.探讨了三维绘图精度对测量精度的影响.
【总页数】2页(34-35)
【关键词】三坐标测量机;曲面测量;三维绘图法;探头球半径
【作者】温永新;陈立英;张万才
【作者单位】中国电子科技集团公司第54所,石家庄,050081;中国电子科技集团公司第54所,石家庄,050081;中国电子科技集团公司第54所,石家庄,050081【正文语种】中文
【中图分类】TP39
【相关文献】
1.复杂曲面的三坐标测量机采样参数选取 [J], 陈大伟; 陈岳坪; 杨翊; 周晓慧
2.基于三坐标测量机的复杂曲面的逆向工程技术与实践 [J], 黄卫东; 彭小冬
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5.天线回转曲面计算机辅助测量系统--基于Coord3三坐标测量机的回转曲面测量技术 [J], 陆源; 吴锡兴; 苏晓红。
应用三坐标测量仪进行产品曲面重建的实验设计
第 ３２ 卷第 ６ 期
张荣强等： 应用三坐标测量仪进行产品曲面重建的实验设计
３７
标 平 面） 、曲 线 类 型（ 闭 合 样 条 曲 线） 、测 点 、形 成 一
组闭合的样条曲线、点击下拉菜单 ＼ 文件 ＼ 导出
作， 结果如图 ４ 所示。实验数据如表 ３、表 ４ 所示。
表 ３ 用户坐标坐标系转换数据
坐标原点坐标
方向矢量
Ｘ
Ｙ
Ｚ
Ｉ
Ｊ
Ｋ
００８９５．８８８ ００６．７０８５６ ００１４７．５３３ － ００００１．０００ ００００１．０００ ００００．００２
表 ４ 扫描测量参数及选项
平面距离 增量
平面数量
触点最小 距离
开 机 、设 备 设 置 、设 备 校 准 、测 头 管 理 、建 立 曲 面 底 放 置 平 面 、 在 平 面 上 按 顺 时 针 建 立 三 个 点 、第 一 点 靠 近 曲 面 底 ， 取 名：原 点 、第 二 点 取 名 ：正 Ｘ 轴 点、第三点取名：正 ＸＹ 面点、建立用户坐标系、点击 ＣＡＭ２ 软件的下拉菜单 ＼ 坐标 ＼３ 点、取已测得的三 点， 建立用户坐标系、点击下拉菜单 ＼ 校准 ＼ＣＡＤ＝零 件， 将用户坐标系与世界坐标系关联。 １．２ 曲面体测量
在校准球上打点校准时， 点数不可少于 ５ 个。 足够多点的数据， 可以减少所测量校准球的位置、 直径、形状的误差， 得到相对精确的探针半径值。设 探头表面与 曲面体表面 接 触 点 为 Ａ， Ａ 点 与 球 心 Ｃ 点有一偏差值， 实际接触位置是点 Ａ， 所以， 沿法线 负方向补偿探头的半径。其原理如图 ２ 所示。
基于三坐标测绘仪的犁体曲面测绘及三维图像生成
基于三坐标测绘仪的犁体曲面测绘及三维图像生成【摘要】根据三坐标测绘仪,利用逆向工程原理提出一种基于三坐标测绘仪与Pro/ENGINEER软件的犁体曲面测绘与三维实体生成的方法。
利用三坐标测绘仪测量曲面点云数据,再用Pro/E逆向工程生成犁体曲面实体模型。
提高了测量精度,为犁体曲面的优化设计提供了必要的数据参考。
【关键词】三坐标;犁体;Pro/E;逆向工程;测绘1概述耕地作业是发展农业不可缺少的重要环节也是耗能最多的作业项目之一。
尽管目前已有很多学者提出了对犁体曲面的计算机辅助设计模型,但是对于部分成型机理不是单一或者无法确定成型机理的犁体曲面,利用CAD将难以实现。
对于以上情况的犁体曲面,测量其结构参数将成为难以完成的工作,一来无法选用合适的测量仪器,二来测量点数超过50个时,对数据处理的工作量将会很大。
再者,一般的测量仪器的测量精度都比较低,当所得数据不能准确反映曲面的情况的时候,后续的优化设计、光顺性分析等将变得毫无意义。
因此探索一种速度快、精度高、便于优化的犁体曲面测绘方法具有一定的意义。
2点云的采集2.1三坐标测量机测量方案的确定三坐标测量机(Coordinate Measuring Machining,简称CMM)是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。
以下,将以CMM-575手动三坐标测绘仪为例,介绍三坐标测绘仪的使用过程,具体流程见图12.2测量前的硬件准备首先开启三坐标测量仪,保持气动系统的正常工作压力为6MPa。
所以,为了保证系统工作正常,空压机压力一般保证在8MPa以上。
其次,测量机的测量精度测量环境密切相关,它对振动、室内温度以及地基的水平度有相当高的要求。
所以,测量过程,室温应该保证在18—22摄氏度之间。
2.3测量系统设置首先,加载机器模型,该计算机模拟的机器模型能在测量过程模拟实际测头的轨迹,有助于用户观察与对比;机器调零,即标定测头初始位置,加载探头,只有与实际相符的探头测出的数据,才能与实际匹配,因为系统计算轨迹是以Z轴的下端点为动点的,而不同探头有不同的尺寸以及形状,故需要准确构造探头;标定,该操作成为能否保证测量精度的关键。
犁体曲面的测绘方法
犁体曲面的测绘方法
犁体是农业生产中常见的耕整工具，它是一种具有弯曲曲面的三维物体。
要准确描述
犁体的几何形状，就需要采用合适的测绘方法。
下面介绍几种常见的犁体曲面的测绘方
法。
第一种方法是使用三角剖分法，即将犁体曲面分割成许多小三角面片，再测量这些三
角片的各个角度和边长，从而计算出整个犁体的表面积和体积。
该方法实现简单，计算精
度高，但需要对犁体进行大量的分割和测量，所以比较耗时。
第二种方法是采用精密加工工具，在犁体表面创建一系列等距的测量点，然后通过这
些测量点的坐标和高度值，绘制出犁体曲面的三维坐标网格，最后通过三维软件平面轮廓
提取等方法计算犁体的表面积和体积。
该方法适合工业生产，精度高，但对加工工具的精
密度和对犁体表面的处理要求较高，成本较高。
第三种方法是使用测量仪器对犁体进行扫描，测绘出其三维形状。
目前市场上已经有
了专门的3D扫描仪，可以实现对复杂曲面的快速高精度测量。
该方法测量速度快，精度高，但需要专门的仪器，成本较高。
以上三种犁体曲面的测绘方法都有各自的优缺点，需要根据具体情况选择合适的方法。
同时，在进行犁体曲面的测绘过程中，需要严格控制测量误差，确保得到准确且精度较高
的测量结果。
接触式三坐标测量自由曲面的数据处理模型
接触式三坐标测量自由曲面的数据处理模型1. 前言随着现代工业的快速发展，对产品质量的要求愈加严格，不仅需要符合标准，还需要具备更高的精度和稳定性。
而在制造工艺的过程中，尺寸的测量是至关重要的一环。
为此，三坐标测量仪成为现代制造行业中不可或缺的量测工具之一。
其中，接触式三坐标测量具有高精度、高灵敏度、高可靠性等特点，广泛应用于汽车、航空、电子等行业的尺寸测量和质量控制领域。
在接触式三坐标测量自由曲面时，需要采集海量的点云数据，并进行数据处理和分析，从而获得曲面的几何特征和表面形貌信息。
本文将从数据处理的角度出发，介绍接触式三坐标测量自由曲面的数据处理模型。
2. 数学模型2.1 坐标系接触式三坐标测量自由曲面时，通常采用右手笛卡尔坐标系，其三个轴分别表示X轴、Y轴和Z轴。
其中，X轴表示机器的前后运动方向，Y轴表示机器的左右运动方向，而Z轴则表示垂直于机器底板向上的方向。
2.2 数据采集在接触式三坐标测量自由曲面时，需要安装针形测头，以接触物体表面进行尺寸测量。
针形测头的末端呈锥形状，采集到的点云数据也呈锥形分布。
这些点云数据的坐标值通常表示为(X, Y, Z)，其中X和Y坐标表示针头的水平移动方向，Z坐标则表示测量深度方向。
接触式三坐标测量通常采用扫描式和定点式两种方式。
在扫描式测量中，针头以一定的速度在物体表面上移动，从而采集到大量的点云数据。
而在定点式测量中，针头停留在物体表面的某一点位，进行单点测量。
2.3 曲面拟合在获得了足够多的点云数据后，就需要对其进行曲面拟合，从而得到曲面的数学表达式。
常见的曲面拟合算法有最小二乘法、B样条曲面拟合法、NURBS曲面拟合法等。
其中，最小二乘法是最简单和最常用的曲面拟合方法。
最小二乘法是一种寻找数据点和曲面之间最小平方距离的方法。
通常将曲面表示为一系列基函数的线性组合形式，通过最小化残差平方和的方法求解参数，得到曲面的数学表达式。
2.4 数据处理曲面拟合后，需要对得到的曲面数据进行处理和分析。
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基于三坐标测绘仪的犁体曲面测绘及三维图像生成
【摘要】根据三坐标测绘仪,利用逆向工程原理提出一种基于三坐标测绘仪与pro/engineer软件的犁体曲面测绘与三维实体生成的方法。
利用三坐标测绘仪测量曲面点云数据,再用pro/e逆向工程生成犁体曲面实体模型。
提高了测量精度,为犁体曲面的优化设计提供了必要的数据参考。
【关键词】三坐标;犁体;pro/e;逆向工程;测绘
1概述
耕地作业是发展农业不可缺少的重要环节也是耗能最多的作业项目之一。
尽管目前已有很多学者提出了对犁体曲面的计算机辅助设计模型,但是对于部分成型机理不是单一或者无法确定成型机理的犁体曲面,利用cad将难以实现。
对于以上情况的犁体曲面,测量其结构参数将成为难以完成的工作,一来无法选用合适的测量仪器,二来测量点数超过50个时,对数据处理的工作量将会很大。
再者,一般的测量仪器的测量精度都比较低,当所得数据不能准确反映曲面的情况的时候,后续的优化设计、光顺性分析等将变得毫无意义。
因此探索一种速度快、精度高、便于优化的犁体曲面测绘方法具有一定的意义。
2点云的采集
2.1三坐标测量机测量方案的确定
三坐标测量机(coordinate measuring machining,简称cmm)是
20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。
以下,将以cmm-575手动三坐标测绘仪为例,介绍三坐标测绘仪的使用过程,具体流程见图1
2.2测量前的硬件准备
首先开启三坐标测量仪,保持气动系统的正常工作压力为6mpa。
所以,为了保证系统工作正常,空压机压力一般保证在8mpa以上。
其次,测量机的测量精度测量环境密切相关,它对振动、室内温度以及地基的水平度有相当高的要求。
所以,测量过程,室温应该保证在18—22摄氏度之间。
2.3测量系统设置
首先,加载机器模型,该计算机模拟的机器模型能在测量过程模拟实际测头的轨迹,有助于用户观察与对比;机器调零,即标定测头初始位置,加载探头,只有与实际相符的探头测出的数据,才能与实际匹配,因为系统计算轨迹是以z轴的下端点为动点的,而不同探头有不同的尺寸以及形状,故需要准确构造探头;标定,该操作成为能否保证测量精度的关键。
因为测针的端部有一个红色的圆球,该球在360度范围内都能与被测物体接触,然后利用光学原理把接触点的数据传送到系统,系统再对该数据进行补偿(添加上圆球半径的矢量值)。
标定后,为了检验上述步骤,可以对标定球进行一次测量,得出的直径如果在控制误差范围(3μm)内,则认为测量系统符合工作要求。
之后即可进行实际的测量了。
2.4数据的获取与导出
在测量之前,需要注意一下几点,第一,工件是否在测量范围之内,如果超程,只能重测了,因为一旦开始测量,工件与机器的相对位置就不能再变了;第二,探头是否能无误地接触到测量目标上的任意
一个点,不会出现干涉、超程等情况,如果发现不能满足,只能调整探头的角度或者改变工件的位置了。
探头的角度一旦变化,必须马上对其标定,否则后面的数据无效。
打开“测量”工具包,那里有对不同元素的测量模块。
以测量曲面为例,点击“曲面”按钮,再控制三坐标测绘仪,使其在曲面上读取3个以上的数据,当然,数据越多越能反映曲面的真实情况。
测量结束后,点击“接受”按钮,系统马上生成一个曲面的形状。
rational-dmis系统支持数据拖动选择功能,把刚才得到的“曲面”直接拖放到“点云”列表,系统就能自动将曲面转化为点云的形式了。
再对生成的“点云”点击右键,选择“导出.iges”格式的文件,选择路径后,就实现了导出的功能了。
3用pro/e处理点云生成三维实体
3.1点云数据处理
三坐标仪能产生.iges格式的点云数据,这正是pro/e所需要的,新建实体后,“插入—小平面特征”,选择默认坐标系,即可插入点云。
3.2曲面处理
首先,在点数据处理完毕后,进入平面处理阶段。
利用pro/e“小
平面”、“整理”、“精准”、“重新造型”等工具构造犁体曲面模型。
3.3造型修剪
延伸后重新造型特征完成,我们按照犁体曲面的轮廓对其进行修剪。
利用“编辑—投影”工具、“插入—造型”、“曲面修剪”等工具,对轮廓曲面图进行造型和修剪。
3.4实体生成
犁胸和犁翼部分的曲面已经生成。
下面对犁铧部分造型。
前面已经将犁铧平面与水平面通过参照平面特征表现出来。
首先,导入基准点,通过偏移坐标系工具分别导入“水平面、犁铧”所在平面各3个基准点,用它们生成两个基准平面,再通过生成一根基准轴,注意,此轴即为铧刃线所在轴线。
再通过同样步骤,导入犁铧的左、上、右方的轮廓点,用基准曲线工具,拟合出三根属于犁铧的轮廓线。
再以犁铧所在的平面作为草绘平面,以3根基准曲线和一个基准轴线作为参照,作出犁铧的轮廓,此轮廓为密闭的四边形。
草绘完成,通过“编辑—填充”工具,生成犁铧平面。
把犁铧平面与犁胸、犁翼曲面合并,再加厚处理,即生成完整的犁体曲面实体模型。
4总结
本文以三坐标测量系统测量得到的散乱数据点云为研究对象,研究三维散乱数据点曲面重建技术,首先利用去噪方法对数据进行去噪,根据三维散乱数据点的特征,利用pro/engineer软件的逆向设计模块,通过点数据处理、小平面生成、重新造型和造型特征等步
骤,重新生成犁体曲面实体。
为后续的犁体曲面优化和设计提供了必要和较充分的数据支持。
参考文献
[1] 石林,吕钊钦,景奉水等,计算机在犁体设计中的应用研究,山东农业大学学报(自然科学版), 2000 ,31 (2): 161-162; [2] 张淑娟,董丽君,,犁体曲面的计算机辅助几何设计,山西农业大学学报1997,17 (2): 202-205;
[3] 马如军,李学焕,三座标测量技术在曲面测绘中的开发应用,火箭推进,2008,第34卷第5期;
[4] 张士国,基于pro/enginner二次开发的犁体曲面计算机辅助设计研究,南京农业大学2007,s222.12+1;
[5] 杨小玲,周天瑞,逆向工程中的数据处理技术,南方金
属,2009,总第171期4-7;
作者简介:杨文武(1983-),男,云南玉溪人,学士,助理实验师,研究方向:农业机械化教学。