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虚拟柔性臂测量机研究

作　者: 余志华
导　师: 王文
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 柔性臂测量机虚拟测量虚拟现实几何元素测量误差评定碰撞检测
分类号: TH721
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 90次
引　用: 3次
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内容摘要

随着科学的发展，对产品的性能、外形等方面的要求越来越高，从而使得复杂模具产品(包括自由曲面产品)得到了越来越广泛的应用。为了缩短产品开发周期，提高设计效率，对复杂模具一般采用逆向工程的方法进行设计，实现逆向工程的一个必要步骤是进行零件表面三维数据的采集。在逆向设计中主要使用测量机或扫描机进行曲面数字化测量，但由于目前各种三坐标测量机或扫描机存在种种限制，使柔性臂坐标测量机的应用范围逐步扩大。为了提高柔性臂测量机的测量精度和速度、验证测量方案、增加测量系统的功能以及用于技术培训和示教，本文提出开展虚拟柔性臂测量机的研究。论文结合实际柔性臂测量机的结构，分析了柔性臂测量机的几何模型、运动模型和误差模型，探讨了几何元素测量方法和虚拟测量的实现，设计了虚拟柔性臂测量机的软件系统。论文的主要内容如下：第一章介绍了现代制造技术的发展以及对测量技术提出的新要求，回顾了国内外坐标测量技术的发展状况，分析了存在的问题，在此基础上提出了本课题的研究目的、意义和本论文的主要研究内容。第二章主要介绍虚拟柔性臂测量机的总体方案设计。首先介绍了虚拟柔性臂测量机的概念设计，在此基础上分析了虚拟测量系统中各个模块的关系及主要功能，然后介绍了系统开发坏境的选型。第三章结合实际柔性臂测量机的机械结构、运动规律分析，研究了柔性臂测量机的数学模型，包括在虚拟现实环境中如何建立虚拟柔性臂测量机相应的几何模型、运动学模型以及误差模型。第四章主要研究几何元素的测量方法，并根据形位公差国家标准的规定，建立了对应形位误差评定方法的数学模型，进行了相应的实验验证。第五章主要研究虚拟测量的实现方法。首先介绍了常用的碰撞检测算法，其次结合柔性臂测量机以及虚拟测量的特点，提出了改进的、基于层次包围盒树的碰撞检测算法，最后进行了相关的实验验证。第六章对全文的研究内容进行了总结，并对下一步的研究工作进行了展望。

全文目录

全文摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-20
  §1.1 课题的研究背景  10-11
  §1.2 国内外研究现状  11-19
    1.2.1 坐标测量技术  11-15
    1.2.2 虚拟现实与虚拟制造技术  15-16
    1.2.3 虚拟坐标测量机  16-19
  §1.3 课题研究的目的和意义  19
  §1.4 论文的主要研究内容  19
  §1.5 本章小结  19-20
第二章虚拟柔性臂测量机的总体方案  20-27
  §2.1 引言  20
  §2.2 虚拟柔性臂测量机的概念  20-21
  §2.3 虚拟柔性臂测量机的功能需求  21-22
  §2.4 虚拟柔性臂测量机的体系结构  22-23
  §2.5 虚拟柔性臂测量机的信息传递模型  23-24
  §2.6 虚拟柔性臂测量机的开发环境  24-26
    2.6.1 Open Cascade简介  24-26
    2.6.2 开发运行环境的确定  26
  §2.7 本章小结  26-27
第三章虚拟柔性臂测量机的建模研究  27-42
  §3.1 引言  27
  §3.2 柔性臂测量机的机械结构及特点  27-29
  §3.3 柔性臂测量机的数学模型  29-33
    3.3.1 空间坐标变换原理  29-31
    3.3.2 柔性臂测量机的理想数学模型  31-33
  §3.4 柔性臂测量机的几何建模与运动建模  33-39
    3.4.1 几何建模  33-36
    3.4.2 柔性臂测量机的运动建模  36-39
  §3.5 柔性臂测量机的误差建模及其补偿  39-41
    3.5.1 柔性臂测量机的误差影响因素分析  39-40
    3.5.2 误差模型的建立  40-41
  §3.6 本章小结  41-42
第四章几何元素测量与误差评定方法研究  42-69
  §4.1 引言  42
  §4.2 基本几何元素的拟合和误差评定方法  42-59
    4.2.1 直线的拟合和直线度误差评定  43-45
    4.2.2 平面的拟合和平面度误差评定  45-48
    4.2.3 圆的拟合和圆度误差评定  48-53
    4.2.4 球体的拟合和球度的误差评定  53-59
  §4.3 几何元素间的相对关系  59-60
  §4.4 采样策略的选择  60-62
  §4.5 几何元素拟合和误差评定算法验证  62-68
    4.5.1 直线拟合及直线度算法验证  62-63
    4.5.2 平面拟合及平面度算法验证  63
    4.5.3 圆的拟合及圆度算法验证  63-64
    4.5.4 球的拟合及球度算法验证  64-68
  §4.6 本章小结  68-69
第五章柔性臂测量机的虚拟测量研究  69-89
  §5.1 引言  69
  §5.2 虚拟测量中的碰撞检测算法  69-78
    5.2.1 层次包围盒方法简介  70-71
    5.2.2 常用包围盒特性比较  71-73
    5.2.3 基于层次包围盒的碰撞检测改进算法  73-74
    5.2.4 OBB包围盒的生成和相交检测  74-78
  §5.3 虚拟测量的前置处理  78-84
    5.3.1 坐标系的建立与转换  78-80
    5.3.2 零件及测头的三角划分  80-84
  §5.4 虚拟测量系统仿真实验  84-88
  §5.5 本章小结  88-89
第六章结论与展望  89-91
  §6.1 结论  89
  §6.2 展望  89-91
参考文献  91-94
致谢  94

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