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1、三维测量技术相关论文检索报告1三维测量技术概述三维测量已经成为制造业中的一项重要的技术，它在工业检测、逆向工程等领域占有重要的地位。目前，三维测量方法多种多样，其原理也各不相同。不同的测量方式，不但打算了测量本身的精度、速度和经济性，还造成了测量数据类型及后续处理方式的不同。依据测量探头是否和零件表面接触，三维数据的猎取方法基本上可分为两大类，即接触式与非接触式。2接触式测量方法在接触式测量方法中，三坐标测量机（CMM）是应用最为广泛的一种测量设施1。三坐标测量机（CoordinateMeasuringMachining,简称CMM）是20世纪60年月进展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的
2、消失，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多简单外形零件加工需要有快速牢靠的测量设施与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字掌握技术以及精密加工技术的进展为三坐标测量机的产生供应了技术基础。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量掌握不行缺少的万能测量设施2O三坐标测量机一般由主机（包括光栅尺）、电器系统（掌握柜）、软件系统（计算机系统）及测头所组成。除硬件以外，软件也是测量机的重要组成部分。三坐标测量机的结构类型主要有以下几种：悬臂式、桥式、龙门式等几种。悬臂式测量机优点是开敞性较好，但精度低，一般用
3、于小型测量机。桥式测量机承载力较大，开敞性较好，精度较高是目前中小型测量机的主要结构型式。龙门式测量机一般为大中型量机。要求有好的地基，相对测量尺寸有足够的测量精度。3三坐标测量机相关讨论现状随着技术的不断成熟和检测要求的不断提高，三坐标测量机正在朝高精度，耐环境等方法不断进展3。1 .高精度型三维测量机在高精度化方面，Nikon公司制造了TRAISTATlONSH830型CNC三维测量机。其总体造型为高刚性龙门式结构，X、丫、Z三轴全部采纳陶瓷材质的导轨，并采纳不会因X向运动而对Z轴导轨r测头）产生螺旋扭矩的特别结构，即在X向导轨中部设有长孔，使得X轴导轨成为双轨形式于是，作X向运动时，测头
4、在双轨之间f中部长孔中）移动。因此，其空间测量精度误差u（1.8+21/1000）m,为这一级别测量机的最高精度水平对四周使用环境温度要求，由传统的20。C0.50C放宽为20。C2。C,大幅度地提高了测量机的耐环境性能。3 .耐环境型三维测量机卡尔蔡司公司的UMC型、UPMC及ZMC型三维测量机，全部采纳了温度补偿专用软件“CAA”（ComputerAidedAccuracy,计算机帮助精密化）。采用温度传感器分别精确地测出X、Y、Z三轴全部基准标尺及工件的温度，由专用软件CAA在测量机开头工作时自动地读出这些温度值；在测量机正式工作时，对由于测量机实际工作环境温度偏离标准温度（20）而造成
5、的测量误差，会自动地进行线性补偿，从而增加了三维测量机对环境的适应力量，即三维凋量机的实际工作环境温度范围可放宽到15C至30C,可见其使用范围不限于讨论室、试验室等，而是可以直接走向生产现场。4 .大型测量机由“兰克苔拉蒿布匈”开发的大型垒自动测量机，可用于长】爪重It的大型发动机组件、曲轴的圆度、圆柱度等几何外形的测量，是面对汽车制造业的新产品，包括自动定心，自动调平在内的全部测量轴的动作，全部是由软件和操纵杆进行掌握。5 .曲面测量机由Mitntoyo开发的新产品一一“CV-I426”型非球曲面测量机，是超高精度轮廓测量的抱负设施。在对眼镜的镜片、视频投影设施镜面等非球形曲面进行测量时，
6、采用测针扫描被测工件表面，通过机内的激光垒息标尺，能够高精度地捕获工件轮廓外形数据。其辨别率为0.025Um（Z轴）、0.1m（x轴）、测量压力为30No7 .手动型三维测量机BrownSSharpe公司对精密计量室使用的一般型三维测量机实施小型化改进后，开发出了适于生产车间现场使用的手动式小型三维测量机（MiCroVaIEM）,不但可操作性好，而且价格低廉r约400万日元）该机X、Y、Z各轴均设有微调旋钮，既可进行小孔测量，又可通过CCD摄像机进行非接触式测量。其特别铝合金的本体移动部件配以高刚性空气静压导轨结构，可以轻松自如地操作掌握；且因移动部件与测量平板完全分别，故其可操作性甚佳。4非
7、接触式测量方法目前非接触式测量的主要设施是三维激光扫描仪。其特点为扫描速度快，实行非接触测量对被测物体没有损伤。以便携式扫描仪柯尼卡美能达910为例，可实现多次多方向扫描，对被测物体大小没有严格的限制。每次扫描时间3秒以内。测量点密集，每次扫描480x640个激光点。适合于简单曲面的测量。但其测量精度较接触式测量要低，一般为0.1左右4。实际当中几何量测量一般可以分为两种类型，一类以截面尺寸、空间交点及圆柱、圆锥等为对象，适合于接触探测的测量任务；另一类以大量细小的孔或槽为对象，或者以易划伤、薄壁工件为对象，适合于非接触探测的测量任务。近年来，随着CCD摄像测量、激光测量等技术的进展，已经使非
8、接触式坐标测量机在解决其次类测量问题时的适用性、精确性和高效率足以与接触式测量机在解决第一类测量问题时相媲美，同时还使非接触式测量由原来的纯二维测量进展为三维测量技术。激光测头采纳激光点光源作为测量工具，其光电位敏元件作为位置探测器。安装在缩束透镜组后的半导体激光器LD发出的光束经其缩聚后，再经过光阑形成一束直径和放射角很小的放射光束投射在被测物表面上,这样便形成一光斑的漫反射光，又由接收透镜收集，成像于光敏器件PSD光敏面上。在进行测量时，测头的激光器投射在被测物体表面上的光点，通过透镜在PSD上的光敏元输出电脉冲信号到驱动器中，再经过接口电路传给计算机。通过计算机中的测量软件模块叠加计算，
9、获得待测工件曲面上待测点的三维坐标数据。计算机按肯定规律纪录存储，从而完成待测工件的测量5。5非接触式测量方法相关讨论现状现在非接触式测量进展较快的既包括原子力、扫描电子显微镜等直接测量方式，又包括了光学散射、散斑、投影等间接测量方法。同时非光学方法的非接触式测量方法也有很大进展，如超声检测法等6。非接触式测量方法及讨论现状介绍如下。1光散射法光散射法测量表面粗糙度是采用几何光学原理：一束光照耀到物体表面后，必定会发生反射和散射现象，反射光和散射光的强弱反映出物体的表面粗糙度状况。对于表面粗糙度值较小的表面，反射光斑的光能较强，散射光带宽度较窄；反之，表面粗糙度值较大的表面，反射光斑的光能较弱
10、，而散射光带则较宽。光散射测量表面粗糙度精度高，且所用仪器结构简洁，调试便利，在线检测领域有相当广泛的应用。例如，LRovati等应用光散射原理研制出了一种光学传感器以测量木板的表面粗糙度7。C.J.Tay等应用光学散射原理，组成光学散射测量系统，实现对表面粗糙度的高精度测量，经过与原子力显微镜的测量结果进行比对，测量结果相当接近8。2光学干涉法干涉测量法通过相干光照耀到被测表面，之后通过与参考光进行比较测得粗糙度数值。典型的干涉测量方法有X射线干涉测量、差动干涉测量、同轴干涉测量仪、双焦干涉仪、光外差干涉仪等9。例如，I.Bennion等在所研制的光学色散仪可转变空间波长的基础上提出了空间扫
11、描方法来测量表面粗糙度10。马小军等通过相移干涉法对聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯微球的内表面粗糙度进行了测量,其测量数据与原子力显微镜的测量数据在同一量级11。RoyBlUnt等通过白光干涉的方法对不同材料表面进行粗糙度的测量12。3散斑法散斑是指一束光经物体表面反射后，由于物面轮廓的凹凸不平、由于反射光在观看板处发生干涉引起的斑点样分布现象9。在肯定范围内散斑对比度和表面粗糙度之间存在线性关系。这种方法用于表面粗糙度的在线测量，可以获得比较好的粗糙度辨别率。例如，刘恒彪等通过模拟计算随机粗糙表面的多色散斑场，分析了测量系统因素对测量结果的影响13。ZhaoGao等提出了一种分析反射成分密度的方法实
12、现陕速、精确的对散斑图像进行分析14。4激光衍射投影法激光衍射投影法是采用激光照耀到被测表面，并反射到观看板上，通过分析由激光衍射形成的衍射投影实现对被测表面粗糙度的测量。通过反射光放大后的功率谱的分布可以得到衍射投影的分布密度状况，从而计算出被测表面的粗糙度值。例如，日本近畿高校的讨论人员经过多年的讨论和改进,建立了一种依靠衍射投影方式来测量表面粗糙度的方法15。5超声检测法近年来，超声检测技术也越来越多地应用于对表面粗糙度的测量中。超声声束与肯定表面面积接触，其测量结果反映了表面肯定范围的总体平均粗糙度，而且反映的是被测材料表面组织的三维信息。例如，卢超等通过超声反射频谱的方法，建立起了反
13、射系数和表面均方根粗糙度系数ST的理论模型16。J.R.Gatabi等应用多普勒超声检测方式进行了表面粗糙度的测量口7。6参考文献1张志成.测量技术新进展J.汽车制造业,2004,(4),34-35.2张作陋,陈学奎.浅谈三坐标测量机及其应用J.广西轻工业,2022,(7),53-56.3刘利.三维测量技术新动态J.机电一体化,1997,3(1),21-23.4李康举.反求工程技术在机械产品设计中的应用J.机械设计与制造,2006,(7),41-42.5刘波.几何量非接触测量技术J.工程物理讨论院科技年报,2006,(1),194.7 6王真,郭天太，周义倔，郑靖，陈欣，吴静天.表面粗糙度的高
14、精度非接触式测量J.机械工程师,2022,(4),66-67.8 1.uigiRovati,LucaPolIonini,MarcoZanasi,etal.DesignofanopticalsensorforsurfaceroughnessmeasurementsofwoodbasedpanelsC/Proc,ofSensorsforIndustryConference2004：5559.9 TAYCJ,WANGSH,QUANC.SurfaceroughnessmeasurementofasemiconductorwaferusinglaserscatteringtechniqueC/Proc,
15、ofExperimentalAnalysisofNanoandEngineeringMaterialsandStructures*2007：327328.9郑俊丽，赵学增，周莉莉.表面粗糙度的激光非接触检测方法J.激光与红外，2005,35(3)：148150.10 XieF,ZhangW,JiangXQ,ZhangL,BennionT.NovelspatialscanningtechniqueforsurfaceroughnessmeasurementLasersandElectro&OpticsSocietyC/Proc,ofthe16thAnnualMeetingoftheTEEE,20
16、03：9798.11马小军，高党忠，叶成刚，等.相移干涉法测量ICF微球内表面粗糙度J.强激光与粒子束,2022,20(2)：224228.12 BluntR.SurfaceRoughHessMeasurementsOilSemiconductorsUsingWhiteLightInterferometryCProc.ofInternationalConferenceonTndiumPhosphideandRelatedMaterials2007：582585.13刘恒彪，池景春基于多色散斑延长效应的表面粗糙度测量及影响因素分析J.光学学报，2022,28(2)：279284.14 ZhaoG
17、ao,XuezengZhao.On-LineSurfaceRoughnessMeasurementBasedonSpecularIntensityComponentofSpecklePatternsC/Proc,ofthe2022TEEEInternationalConferenceonInformationandAutomation.2022：10501055.15 TakahikoInari,NobuyaAoki.InfluencesofDarkOutputofaVideoCameraonthePatternProjectionMethodforSurfaceRoughnessMeasurementC/Proc.ofSICEAnnualConference,2003：452455.16卢超，郭冠华，马国威.航空钛合金板胶接表面粗糙度的超声测量J测试技术学报，2022,22(1)：5965.17 JGatabiJR,GatabiIR.ANovelDopplerBasedUltrasonicSurfaceRoughnessMeasurementC/Proc.ofTEEEUltrasonicsSymposium,2005：14601463.
