三维测量与反求工程实验报告.docx

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三维测量与反求工程实验报告

专业实验报告

实验名称

三维测量与反求工程

实验时间

2014年12月7日

一、实验目的

1、了解三坐标测量机系统的组成，基本原理及其使用方法；

2、了解曲线和曲面三维测量的基本原理以及学会采用三维坐标测量机系统对曲线和曲面的测量和分析方法；

3、学会采用三维坐标测量机系统对曲线和曲面的测量及分析方法。

二、实验器材

1、硬件：

青岛英柯ZC1066H三坐标测量机（参数如下）

测量范围：

1000mm×600mm×600mm；

精度：

1.4µm；

测量精度：

1.5+3.3L/1000µm；

测头：

PH10M（接触式）；

测量物体：

电话

2、软件：

青岛前哨英柯ZC866H的配套软件、Pro/E、Imageware12及其他辅助设备。

三、实验内容及步骤：

1、标定电话所需测量的特征点和曲线；

2、开机、测量机回零，在标准球上校准测头；

3、建立工件坐标系；

4、将测头移至起始特征点，沿着标定曲线开始测量；

5、编辑计算机采集的测量数据；

6、将编辑后的数据导入Imageware12.0中，处理点云后保存为*.IGES格式；

7、将第5步得到文件导入Pro/E中，建立电话的三维模型，并分析处理。

四、实验结果：

实验指导教师评语：

教师签名：

年月日

考查成绩（5级计分）

学分

0.5

重庆大学研究生专业实验教学

实验报告书

实验课程名称：

三维测量与反求工程

实验指导教师：

林超

学院：

机械工程学院

专业及类别：

机械制造及其自动化（专业）

学号：

20140713196

姓名：

潘正兵

实验日期：

2014.12.7

成绩：

重庆大学研究生院制

一、实验目的

1、了解三坐标测量机系统的组成，基本原理及其使用方法；

2、了解曲线和曲面三维测量的基本原理以及学会采用三维坐标测量机系统对曲线和曲面的测量和分析方法；

3、学会采用三维坐标测量机系统对曲线和曲面的测量及分析方法。

二、实验仪器设备

1、硬件：

青岛英柯ZC1066H三坐标测量机（参数如下）

测量范围：

1000mm×600mm×600mm；

精度：

1.4µm；

测量精度：

1.5+3.3L/1000µm；

测头：

PH10M（接触式）；

测量物体：

电话

2、软件：

青岛前哨英柯ZC866H的配套软件、UG6.0、Imageware12及其他辅助设备。

三、实验原理

1、反求工程概述

反求工程是将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据,输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构,在计算机上复现实物样件的几何形状,并在此基础上进行原样复制,修改或重设计,该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。

反求工程是综合性很强的术语，它是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计，这就是反求工程的含义，特别强调再创造是反求的灵魂。

2、实验原理

三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台（大型和巨型不一定有），测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。

显然这是最简单、最原始的测量机。

有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。

测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。

其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理和输出。

因此测量机可以用来测量直接尺寸，也可以获得间接尺寸和形位公差及各种相关关系，也可以实现全面扫描和一定的数据处理功能，为加工提供数据和测量结果。

自动型还可以进行自动测量，实现批量零件的自动检测。

四、实验内容

1、实验准备

（1）将PH10M测头连接在三坐标测量机（含操纵杆）上，保持与探头接口、探头控制器、计算机等接口的通讯畅通，并调试好全部设备；

（2）准备好实验所需的测量对象，本实验中采用的是电话。

（3）将工件夹持台安放在三坐标测量机工作台上，然后用橡皮泥将被测电话固定在工件夹持台上。

2、数据采集

（1）启动三坐标测量机的电源，同时打开计算机并进入EZ-DMIS软件界面，然后检查所有设备接口通讯并保持畅通。

（2）通过标定球（已放在三坐标测量机工作台上）对PH10M测头进行标定。

（3）操纵手柄，将测头移到测量的起始点附近，准备开始测量。

继续转动操纵杆使测头逼近并轻触测量起始点，同时在计算机显示屏上便出现采集的数据点坐标值。

采集的数据见附表。

（4）将所有点的数据保存为*.out文件格式。

3、数据处理

（1）将得到的*.out格式的文件整理成只含有点的三坐标数据的文件，并将其改为*.txt格式的文件；

（2）将整理后得到的*.txt格式的文件导入Imageware12.1软件，如图1所示。

（3）创建群组：

（4）进行网格定位：

（5）删除噪声点；

（6）进行偏差处理：

（7）曲面重构：

将特征点连成线，构建特征线；

（8）构建实体：

选择特征面，

（9）图像拟合：

（10）扫掠曲面

（11）曲面的拉伸与修补:

（12）电话听筒处的曲面拟合

（13）获得特征曲线

（14）点云偏差处理

（15）经曲线曲率梳理后得到重构的模型图：

（16）将第18步得到文件导入UG6.0中，建立电话筒的三维模型：

（17）完成产品修饰

为了方便，我们在对电话进行扫描的时候，只能通过扫描电话的外形表面，因此有些细小的局部我们必须通过后来对模型的修改来完成。

本零件中，由于电话的话筒和听筒处还有通话孔，因此我们需要对其进行修改。

如图6所示。

（18）产品创新，如图

该修改目的在于将家里的座机电话无线化。

使得在家里接电话的时候不必要一直在一个地方不移动。

因此我在该电话上增加了按键，并且新设计了一个屏幕。

这样可以让座机电话有了移动电话的优点。

五、实验数据

此次试验老师给的数据是*.out格式的数据文档，处理好的数据见附录一。

六、数据处理及结果分析

（1）数据处理

本次试验中，数据处理主要包括两个部分。

一是前期需要将老师给的*.out格式的数据文档用记事本打开，并将多余的字符删除，只需要留下分别表示每个点的三个坐标值即可。

二是将整理好的数据导入imageware12.1软件中，并根据实际情况对点进行疏散或删除一些杂点。

但本次的数据点本身不需要疏散，也没有杂点需要处理。

因此可以直接根据所导入的数据点用来进行零件的反求。

（2）结果分析

本次试验结果即为上述中的电话模型。

通过上述反求方法以及模型可以看出，在反求工程中，尤其是一些小的局部需要采集更多的数据点才能保证复原模型与原始模型的精确性。

反求工程一方面是根据原始模型的数据点，但如果采集的数据点不足以完全体现原始模型的形状特征，那在进行反求的时候便需要加入操作人员的主观设计，这样就必然会导致不同的人反求出的零件不一致的情况。

因此，为了要反求得到更加精确的模型，必然需要一个能反应模型全部特征的采集点。

七、实验小结

通过本次三维反求试验我们对模型的三维扫描、数据点的处理以及如何通过数据点导入软件进行模型的复原有了一个全面，直观的了解。

反求工程解决了正向设计中创新的难题，通过反求技术我们可以对先进技术进行借鉴，消化吸收，并在此基础之上进行创新。

这一方法可以让我们的技术水平得到更加快速的发展，可以大大缩短设计周期，以此来增强我们的经济竞争力和综合国力。

但反求工程只能对工件的外观尺寸进行模仿，而且反求的到的工件精度与扫描数据点的多少、扫描精度以及操作人员都有很大的关系，因此要想得到更加精确的零件模型，就更需要对反求工程进行更彻底的研究。

因此研究反求工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。

反求工程虽然能够帮助我们缩短设计周期，增强我们的经济竞争力。

但在一些高科技领域我们反求出来的产品却貌合神离，这样就导致产品外观上与国外先进产品一样，但性能上却差了不少。

因此，要想一个国家、民族，为发展科技和振兴经济，不能全靠反求来生存；鼓励独立的创造性永远是主旋律或主题。

我们应该着重于掌握好核心的科技技术，再通过反求技术，让我们科技技术站在巨人的肩膀上，走出更加广阔的一片天空。

附录一：

-527.5104-128.2250-282.5874

-526.6566-122.0950-283.4208

-524.9077-117.6959-285.1142

-522.6904-114.5172-287.1149

-519.1910-111.8168-289.8449

-515.6501-110.1281-292.3769

-511.8062-109.3096-294.6996

-507.9791-108.4659-296.9931

-503.1223-108.2927-299.1593

-495.7126-107.0490-302.2804

-490.6394-106.2899-304.0630

-484.6075-106.2918-305.3676

-478.5839-106.2929-306.4264

-470.8009-105.8002-307.4999

-459.0929-105.0649-308.6114

-448.4763-104.2498-309.2335

-440.1702-103.9414-309.4443

-434.0621-103.5930-309.2989

-427.8730-102.8476-309.4647

-422.3324-102.8565-308.8089

-416.4717-102.8598-307.9483

-411.3418-102.8614-307.2601

-405.3444-102.8586-305.0710

-401.7278-102.8601-302.3607

-398.5122-102.8621-298.4594

-396.8287-102.8622-295.9287

-394.0061-102.9723-293.9884

-391.2522-102.9233-292.9860

-386.4827-103.0545-291.5737

-381.7082-103.3113-290.3561

-376.7489-103.1177-289.5093

-371.1535-103.1106-288.6183

-365.7023-102.5732-288.4280

-363.5857-102.5791-288.5936

-360.5486-102.8463-289.1138

-357.7684-105.1317-288.5927

-355.4056-106.6246-288.9050

-353.0748-110.2573-288.6916

-351.7436-112.6219-289.3961

-351.6316-116.6806-289.2258

-350.6353-119.8645-290.2375

-351.2123-128.0565-288.8100

-351.4317-131.4283-288.8090

-352.0461-135.6928-288.8085

-354.0610-140.0962-288.8090

-356.7924-143.0835-288.8131

-359.9329-144.3247-288.8115

-364.3175-145.1336-288.8121

-370.0359-145.7447-289.9790

-376.4834-146.0590-291.1431

-383.3411-146.2635-292.2640

-389.4959-146.4380-293.3797

-393.0906-146.3988-294.8256

-396.4314-146.5266-297.6768

-398.9240-146.6207-300.5514

-401.5930-146.3430-302.8061

-404.3051-147.4352-305.7884

-407.8549-147.6018-307.0665

-413.4142-148.1518-308.1678

-420.0063-147.9465-308.2867

-427.0426-148.1497-308.0505

-432.0443-148.5686-309.3470

-444.6666-148.7730-309.1375

-461.8796-148.6806-307.9114

-466.3472-149.2874-307.0000

-473.1938-149.7093-306.8847

-479.9491-149.9145-305.7467

-488.3851-149.4415-303.6429

-495.1281-149.1863-301.7267

-500.6353-148.9587-299.4316

-505.3376-148.6738-297.2013

-509.4991-148.1183-294.9761

-514.1107-147.2271-292.3000

-518.0446-145.7891-289.1992

-520.6320-145.0097-287.4252

-524.1259-142.7540-285.2345

-525.6833-139.4325-283.9802

-527.4564-135.3638-282.8106

-527.2243-131.1843-282.4386

-527.2181-128.9915-282.6320

-523.2210-116.6669-286.4345

-517.5430-116.5096-290.6697

-512.5902-116.5512-293.8661

-503.7153-116.5514-298.6522

-496.6386-116.5550-301.6194

-490.6288-116.5533-303.5861

-479.8776-116.5528-305.9880

-467.1662-116.5538-307.6089

-453.1723-116.5486-308.5125

-441.6434-116.5519-308.4820

-429.4003-116.5550-308.1338

-420.1164-116.5556-307.3482

-414.1843-116.5548-306.7129

-409.0493-116.5542-305.3817

-405.6618-116.5525-303.3160

-404.2939-116.5550-302.1321

-401.9829-116.5541-299.1634

-400.4915-116.5570-296.5829

-399.3232-116.5538-294.7446

-397.9311-116.5534-293.0823

-395.4881-116.5540-291.3124

-391.8746-116.5546-290.2295

-389.2662-116.5543-289.8782

-383.8576-116.5534-289.7984

-379.0047-116.5541-290.0986

-373.3513-116.5499-289.7730

-367.6365-116.5571-288.4239

-364.0733-116.5550-287.3692

-360.6802-116.5563-286.2595

-357.5324-116.5550-286.2634

-354.1709-116.5543-286.8486

-351.8418-116.5554-288.6618

-353.9803-109.6760-288.3123

-355.6879-109.0075-287.4900

-357.3608-109.0083-286.9011

-359.8666-109.0066-286.5568

-363.3673-109.0098-286.6003

-366.6962-109.0105-286.7782

-370.1424-109.0101-287.0201

-375.1414-109.0108-287.4275

-378.7080-109.0108-287.9788

-382.9360-109.0100-288.5969

-387.1307-109.0104-289.4015

-392.0849-109.0109-290.3973

-395.1256-109.0106-291.4455

-397.7465-109.0114-293.0490

-399.6281-109.0105-295.5268

-401.2701-109.0104-298.0906

-402.9781-109.0132-300.7275

-405.4598-109.0089-303.3673

-410.0522-109.0111-305.9385

-414.3660-109.0125-306.9728

-422.3356-109.0120-307.8420

-430.2652-109.0115-308.4484

-441.0354-109.0106-308.8508

-455.1082-109.0113-308.5648

-467.2542-109.0123-307.7185

-477.1385-109.0103-306.5349

-487.1869-109.0120-304.5866

-495.0403-109.0114-302.3583

-501.4877-109.4087-299.8861

-507.5914-111.6262-296.9876

-513.1406-112.8986-293.8534

-518.1444-114.5093-290.5501

-521.2083-115.5633-288.3092

-523.5543-115.7992-286.3284

-527.3635-129.3771-282.6568

-523.1640-129.0566-285.8981

-520.0631-129.0531-288.3670

-514.9471-127.1242-292.1223

-510.2537-127.1171-294.9290

-502.9126-126.9674-298.8739

-495.6057-127.0588-301.8354

-489.0548-126.9345-303.9506

-479.0511-126.3974-306.1139

-467.3346-126.1024-307.6193

-452.6520-125.3684-308.3707

-440.9217-124.9215-308.4989

-431.6483-124.9134-308.1733

-420.9005-124.6498-307.4514

-412.6452-124.6502-306.4053

-406.4697-124.6486-304.0528

-402.5909-124.6491-300.3322

-398.4933-124.6484-294.2965

-399.8927-124.7307-295.4143

-397.8223-124.7309-293.4717

-395.2757-124.7306-291.7269

-392.5554-124.7305-290.7270

-389.7045-124.7322-290.0845

-384.0611-123.5266-290.8507

-379.2448-123.3468-291.1638

-373.6980-123.2208-290.8927

-370.5396-123.2201-290.3865

-367.2286-123.2231-289.5620

-363.5737-123.2230-288.2660

-361.4327-123.2232-287.4046

-359.5716-123.2226-286.5901

-358.1994-123.2134-286.4910

-355.4458-123.2086-286.5907

-352.0989-123.0167-288.0583

-351.6419-130.9842-288.5532

-353.9397-130.9855-287.0171

-356.2860-130.9690-286.5138

-359.3513-131.4238-286.5323

-361.4316-131.5233-286.6394

-363.6305-131.4957-287.3919

-366.2100-131.4893-288.3339

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