大型锻件外形尺寸在线测量

值通过公式 （ ２ １就可以计算 出被测物体表 面上任
一
点的三维坐标信息 ，在这里 以激光器为中心 ，
图 １ 激光三角测距原理图
轴和 轴均在横向扫描面内，且 戈 轴与 ， ， 轴垂直 ， 轴与横 向扫描 面垂直并 与 、Ｙ轴正 交 （ 图 ３ 。 见 ）
维坐标信息， 所以要把距离信息转化为三维坐标信息。
曲面重构 （ 图 ４ 。 见 ）
图 ５ 锻件截面 图
表 １ 实验 数 据 （ ） ｍｍ
加 量
测 量 新 方 法 ，通过 试 验 证 明 是 可行 的 。该 方 法 能
图 ４ 三 维 重 构 后 的锻 件 模 型
够改善工人的工作条件 ，减少资源浪费 ，并且该 方法可以明显提高测量速度 ，从而提高生产效率。
锻件尺寸信息的在线测量 ，同时该系统也可以和压 机联动实现 自动化操作。
Ｎ ＲＳ Ｕ Ｂ 进行 曲面插值 时分 两个 步骤进行 。首先 ， 沿 ｕ向 （ 这里是在切 片方 向）将每个切 片上 的数 据 ，换算成带权的型值点 ，再按照 Ｂ样条 曲线 的
生 １ 第 ＿ ｌ３ ） 期 － … ＾ ３
ｖｊ ＠ ｔ． ｍ ｚｓ ｃ ／ｏ ｈｃ
．
边界条件及反算公式 ，求 出控制点 ，然后再把这 些控制点看作 向的型值点 ，再 沿 向按照 Ｂ样 条曲线的边界条件及反算公式进行反算 ，求得 ， 构成控制 网格 ；在反算过程 中 ，应用重节点端点 条件 ，使特征多边形 的首、末顶点满足型值点首 、 末端点的插值条件 ，边界条件取为 自由端点条件 ， 节点矢量按照 累计弦长法计算 。在得到控制网格 后 ，进行曲面重构。 利用 Ｎ Ｒ Ｓ Ｕ Ｂ 方法可对锻件表面进行高质量的
寸 的在 线测量 。
∑ ∑ （ （ ） ）
Ｓ （， Ｕ ）＝ Ｖ —— ——— 一 … （ ３ ）
∑ ∑ （ Ｍ（） ）ｌ
ｉ０ ） ｏ ＝ － －
式中，
（ ０１ ｍ； ＝，， 凡） （ ＋ （＋ ｉ ，， ＝ …， ｊｏ１ …， 一 ｍ １）ｎ １）
列 阵 ，构 成 一 张 控制 网络 ；Ｗ 与 控制 顶 厂 点 相联 系 的权 因 子 ；Ｍ 厂分 别 是定 、
２ 测 量过 程
在本 方法 中采用 国外某公 司生产 的三维 激光 扫 描 仪来实 现对热 态锻件 外形尺 寸 的在 线测量 。该扫
ｙ
描仪可以进行水平 ３０和垂直 ８。 ６。 ０的旋转 ，从而可 以获得锻件外形的完整点云数据 （ 见图 ２ 。 ）
锻件
图３ 激光扫描三维测量原理
ｆ＝ｃ ００ Ｓｏ ｃ ｓ
Ｔ ｏ Ｌｎ ｉ ｄｎ ｌＭｏ ｅ Ｊ ．Ｓ Ｉ，２ ２ ｕｙ ９９ ｅｖｒ ｗ ｏｇｔ ｉａ ｄｓ【 】 ｕ ＰＥ １－ ３ Ｊｌ１ ９ ，Ｄ ｕ 件 进 行 了试 验 研 究 。在 对 系统 测 量 获 得 的 点 云 数 据进 行配 准 、精 简 、重 构 以后 ，将 三 维模 型 导
图 ２ 测 量 系 统 示意 图
曲面 重构是采 用 Ｎ Ｒ Ｓ曲面插值算 法进行 ＵＢ
的 。对 于 Ｍ向 ｋ次 ， 向 Ｚ 的 Ｎ Ｒ Ｓ曲面定 义 次 ＵＢ
为：
在设定扫描仪与锻件最近点的距离后 ， 首先由 计算机控制驱动装置驱动激光扫描仪扫描锻件表 面 ，根据激光三角测距原理测得扫描仪到锻件表面
一
■技市
锻件表面
曰
３ 数据采集
数据 采集就是要采集锻件表面的三维 坐标信 息， 本文所用三维信息的获取是在激光测距的基础
．
一
Ｄ ＿
上通过计算机处理得 出的。该方法是在激光器发出 激光的同时 ，测量激光线 的水平方 向角度值 和
垂直 角度值 ，然后 利 用激光 三 角原 理测 出的距 离
［２ Ｙｎ ｈ ｉ ａ，Ｑｎ ｍｉｇ ｈｎ ｉ ｃｎ Ｐ ｇ “３ Ｄ ｔ 】 ｉｇ ｕ Ｘｉ ｏ ｉｇ ｎ Ｚ ａ ，Ｑａ ｏ ｇ ａ ， ｎ ｎ Ｄ ａａ
Ａｃ ｕｓｔｏ ｙＴｅｒｓｒａ ａｅ ａ ｎｎ ｒＰ ｏｅ ｔｏ ｆＨｉｔｒ ａ ｑ ｉｉ ｎ ｂ ｒｅ ｔ ｌＬ ｓ ｒ ｉ ｉ Ｓｃｎ ｉｇｆ ｒｔｃｉｎｏ ｓｏ ｃ ｏ ｉｌ
的距离信息 ，然后 由数据采集卡采集距离信息并把
数据传给计算机 ，经计算机处理后把距离信息转化 为空间坐标信息 ，接着经过数据处理 ，构建锻件的 三维模型，测量其外形尺寸信息 ，最后判断不符合 要求的部位 ，传给压机进行加工处理 ，加工后再进 行测量，直到符合要求为止，从而实现锻件外形尺
义 在 节 点 矢 量 Ｕ＝【 ｕ ， ， ， Ｖ＝ 一ｕ 】 ＋
［。 …， ， ］ 的 Ｂ样 条基 函数 。 上 重 构 曲 线 采 用 双 三 次 Ｎ Ｒ Ｓ曲面 。 在 利 用 Ｕ Ｂ
由于现场工作环境温度高 ，系统中加入了冷却
装置保证激光扫描仪正常工作。该系统不仅实现了
｛＝ ｃｓｓ ￣ ｙ Ｓｏ ｉ ……… …… …………… ｌ ｏ Ｏｎ （ ２ ）
ｉ Ｓ ｎ ｚ ｓＯ ｐ ｉ ＝
式 中， 光 扫 描 仪 到被 测 物 体 表 面 的 距 离 （ｍ ； 、Ｙ、 － ｍ） ｐ 分别为物体表面上被测点 Ｐ的三维坐标值 （ ｍ 。 ｍ ）
翥 ４ 警 三维 模型曲 构 面重
参 考文 献
【］Ｚ ａｆｉ ｈ ｕＴ ｏＺ ａｇ Ａｐｅｉｉ ａ ｇｒ ａｅ ｅＬｓｒ ｉ １ ｈ ｏｅＺ ｏ ， ａ ｈｎ ． ｒｃ ｏ Ｒ ｎｅ ｓｄｏ ｔ ａｅ ｔ ｓｎ Ｂ ｎｈ ｗ ｈ
５ 试 验验 证
为 了验 证 本 文 提 出 的方 法 的 可 行 性 ，对 大 型
人到三维建模软件中。从三维模型 中提取锻件的 截面图，根据建模的比例得到测量面的详细尺寸 。 采用激光测量法得到的尺寸是整个锻件外 轮廓界