复杂内腔零件常见制造误差的可视化检测方法研究与实现.pdf

中文摘要 摘 要 制造误差的数字化检测技术应用越来越广泛，该方法的主要过程是：通过数 字化扫描手段得到待测零件的三维测量模型，再与相应的CAD 标准模型进行比对， 从而分析和评定其制造误差。因为三维测量模型和 CAD 标准模型只有整体比对， 所以所得的整体制造误差无法反映待测机械零件的尺寸、形状以及位置误差。同 时，一般的数字化扫描手段，如三坐标测量、激光扫描技术等，只能获得待测零 件的表面模型，倘若机械零件拥有复杂的内腔结构，则无法对内腔结构中的制造 误差进行检测。 针对上述问题，本课题提出一种基于点云数据的常见制造误差的检测方法。 首先将工业CT 技术扫描得到的机械零件的三维测量模型与CAD 标准模型进行配 准，因为工业CT 技术能够测量机械零件的内部结构，所以当待测的机械零件具有 内腔结构时，三维测量模型能同时包含内腔结构的内表面轮廓数据；再分割三维 测量模型，得到机械零件中各个曲面的测量信息；最后分析机械零件的常见制造 误差。该方法还能通过设定的公差值和计算所得的误差值的比较，将误差值不在 公差范围内的部分可视化，直观地显示出不符合加工要求的区域，为产品质量的 判断、制造工艺的改进提供参考。具体的研究内容和所做工作如下： ①使用IGES 模型为CAD 标准模型，对其中的NURBS 曲面进行点采样，得 到IGES 模型的点云集合，再与通过工业CT 技术扫描得到的机械零件的三维测量 模型进行配准，为后续工作做准备。 ②为了计算具体的制造误差，需要对机械零件的三维测量模型进行点云分割， 得到机械零件中各个曲面的测量信息。计算三维测量模型中每个点到CAD 标准模 型中的欧式距离，同时判断该点的投影点与各个曲面的关系，以此判断出三维测 量模型中每个点的归属曲面，从而完成三维测量模型的点云分割。 ③点云分割完成后，拟合分割得到的曲面点云集合，得到各个曲面的具体信 息。针对不同的制造误差，采用不同的误差分析方法。本文主要对长度尺寸误差、 平面度误差、圆柱度误差、面对面的平行度误差、面对面的垂直度误差进行了计 算分析。同时，输入设定的公差值，与计算所得的误差值进行比较，对误差值不 在公差带范围内的加工区域进行可视化操作。 ④将上述研究内容集合成一个软件应用系统，初步开发出一个可以检测机械 零件常见制造误差的应用程序，然后进行实例验证和展示，证明方法的有效性。 关键词：制造误差；内腔结构；数字化检测；点云分割；可视化 I 英文摘要 Abstract Digital manufacturing error detection technology has been applied more and more widely. The main process of this method is to obtain the 3d measurement model of the parts to be tested by digital scanning method, and then compare it with the corresponding CAD standard model, so as to analyze and evaluate the manufacturing error. Because the 3d measurement model is only compared with the CAD standard model as a whole, the overall manufacturing error cannot reflect the size, shape and position