基于液面的产品数字化扫描装置的研制

摘要

逆向工程技术能够有效地缩短产品开发周期，已成为新产品开发、模具设计制造等领域的一种重要方法。 本课题研究的是逆向工程中的产品数字化技术，开发一种基于液面的产品截面轮廓数字化扫描装置。这种扫描方法以液体为介质，将产品置于液体中，液面与产品会形成截面轮廓，采集各个高度的截面轮廓，经过图像处理，得到各截面轮廓的点坐标，形成产品的点云图，将点云图导入三维软件，以建立CAD模型，并实现产品的数字化再设计。本论文重点对该扫描装置相关的硬件、软件及其实现方法进行研究和开发。 扫描装置主要包括运动控制系统、图像采集及处理系统、液面控制系统、标定系统等软硬件。根据扫描装置的性能进行了运动控制系统的设计，优选“PLC+PC”控制方案，运动控制系统硬件包括三菱FX2N-32MTPLC，2M530驱动器和步进电机，改造的IAI定位滑台作为传动件，构成开环式控制，并按照扫描运动要求编制控制程序和人机界面。图像采集及处理系统硬件上采用“CCD+图像采集卡”，采用模块化和面向对象的设计方法，将图像采集及处理系统软件划分为：用户权限管理模块、系统参数设置模块、工作状态监视模块和系统信息模块等四大功能模块，并对各模块进行了详细设计、软件编制和集成。液面控制系统设计了一个机械装置，通过溢流孔排液控制液面高度。为提高精度减少图像几何畸变，设计了一个孔状靶标，通过选择四个标定点，可以对系统进行双线性标定。最后通过集成上述软硬件系统，研制出了实验装置样机和数据采集处理系统，并进行了相关的实验研究。 实验结果表明，开发研制的基于液面的产品轮廓数字化扫描装置，通过较为精密设计和准确的标定，采集精度较高，系统稳定可靠，所开发的软件界面友好、操作容易，并实现了在线实时采集和处理，图像采集及处理、数据点获取速度大为提高。也表明扫描装置能满足逆向工程的精度要求，智能化与实用性较高。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2产品的三维数字化测量技术

1.2.1接触式测量技术

1.2.2非接触式测量技术

1.3课题的主要研究内容及安排

1.4本章小结

第二章基于液面的产品数字化扫描装置总体方案

2.1扫描系统的工作原理及数学模型

2.1.1扫描系统的工作原理

2.1.2扫描系统的数学模型

2.2扫描装置的结构及工作流程

2.2.2扫描装置的结构

2.2.1扫描装置的工作流程

2.3运动控制系统设计方案与选择

2.3.1运动控制系统的控制方式

2.3.2运动控制系统的方案

2.4图像采集及图像处理系统设计方案与选择

2.4.1图像采集系统

2.4.2图像处理系统

2.5液面高度控制设计方案与选择

2.6扫描装置设计的步骤

2.7本章小结

第三章扫描装置软、硬件体系及其实现技术

3.1运动控制系统

3.1.1运动控制系统硬件

3.1.2运动控制系统软件

3.2图像采集及处理系统

3.2.1图像采集及处理系统硬件

3.2.2图像采集及处理系统软件

3.3液面控制系统

3.3.1液面控制系统的工作原理

3.3.2加液与排液的液面控制方式

3.4系统标定

3.4.1标定算法理论

3.4.2.标定的实现

3.5系统集成

3.5.1系统硬件集成

3.5.2系统软件集成

3.6本章小结

第四章扫描装置调试与实验研究

4.1扫描装置调试

4.2实验方案设计

4.2.1扫描装置精度验证

4.2.2产品实例

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢