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1、第第5 5章章 车身三坐标测量技术车身三坐标测量技术5.1 三坐标测量机的作用与类型三坐标测量机的作用与类型5.2 接触式三坐标测量机接触式三坐标测量机5.3 非接触式三坐标测量机非接触式三坐标测量机5.4 测量点的数据处理测量点的数据处理5.5 三坐标测量机在车身三坐标测量机在车身CAD的应用的应用 三三坐坐标标测测量量机机(Coordinate Measuring Machines，CMM)是是20世世纪纪60年年代代发发展展起起来来的的一一种种高高效效的的精精密密测测量量设设备备。它它广广泛泛应应用用于于机机械械制制造造、电电子子、汽汽车车和和航航空空航航天天等等工工业业中中。它它可可以
2、以进进行行零零部部件件的的尺尺寸寸、形形状状及及相相对对位位置置的的检检测测，例例如如轿轿车车车车身身、箱箱体体、导导轨轨、涡涡轮轮、叶叶片片、凸凸轮轮、缸缸体体、齿齿轮轮等等空空间间形形面面的的测测量量。此此外外，还还可可以以用用于于划划线线、定定中中心心孔孔、光光刻刻集集成成线线路路等等，并并可可以以对对连连续续曲曲面面进进行行扫扫描描及及制制备备数数控控机机床床的的加加工工程程序序等等。由由于于它它的的通通用用性性强强、测测量量范范围围大大、精精度度高高、效效率率高高、性性能能好好、能能与与柔柔性性制制造系统相连接，已成为一类大型的精密仪器。造系统相连接，已成为一类大型的精密仪器。越来越
3、多的工件需要进行空间三维测量，而传统的测量越来越多的工件需要进行空间三维测量，而传统的测量方法不能满足生产的需要。方法不能满足生产的需要。越来越多的工件需要进行空间三维测量，而传统的测量越来越多的工件需要进行空间三维测量，而传统的测量方法不能满足生产的需要。方法不能满足生产的需要。随着生产规模日益扩大，加工精度不断提高，除了需要随着生产规模日益扩大，加工精度不断提高，除了需要高精度三坐标测量机在计量室检测外，为了便于直接检高精度三坐标测量机在计量室检测外，为了便于直接检测工件，测量往往需要在加工车间进行，或将测量机直测工件，测量往往需要在加工车间进行，或将测量机直接串联到生产线上。接串联到生产
4、线上。实现逆向工程的需要，例如随着汽车工业的发展，车身实现逆向工程的需要，例如随着汽车工业的发展，车身改型换代加快，往往要按已有的零件模型去仿制改型，改型换代加快，往往要按已有的零件模型去仿制改型，所以需要测量出零件的三维形状数据。根据这些数据建所以需要测量出零件的三维形状数据。根据这些数据建模，再编制加工程序，然后将程序输入到数控机床加工模，再编制加工程序，然后将程序输入到数控机床加工模具。因此，需要与模具。因此，需要与“数控机床数控机床”或或“加工中心加工中心”相配相配合的三维检测技术。合的三维检测技术。5.1 三坐标测量机的作用与类型三坐标测量机的作用与类型1.三坐标测量机的作用三坐标测
5、量机的作用(1)对对复复杂杂形形状状表表面面轮轮廓廓尺尺寸寸进进行行测测量量，例例如如箱箱体体零零件件的的孔孔径径与与孔孔位位、叶叶片片与与齿齿轮轮、汽汽车车与与飞飞机机等等的的外外廓廓尺尺寸检测等。寸检测等。(2)提提高高三三维维测测量量的的测测量量精精度度。目目前前高高精精度度三三坐坐标标测测量量机机的的单单轴轴精精度度，每每米米长长度度在在1m以以内内，三三维维空空间间精精度度达达到到1-2m。对对于于车车间间检检测测用用的的三三坐坐标标测测量量机机，每每米米测量精度单轴也达到测量精度单轴也达到3-4m。(3)由由于于三三坐坐标标测测量量机机可可与与数数控控机机床床和和加加工工中中心心配
6、配套套组组成成生生产产加加工工线线或或柔柔性性制制造造系系统统，而而可可促促进进自自动动生生产产线线的发展。的发展。(4)大大大大地地提提高高了了测测量量效效率率。尤尤其其是是电电子子计计算算机机的的引引入入，不不 但但 便便 于于 数数 据据 处处 理理，而而 且且 可可 以以 完完 成成CNC(Computerized Numerical Control)的的控控制制功功能能，可大大缩短测量时间。可大大缩短测量时间。2.三坐标测量机的类型三坐标测量机的类型(1)按按照照三三坐坐标标测测量量机机的的测测量量范范围围，可可将将它它分分为为小型、中型与大型。小型、中型与大型。小小型型三三坐坐标标
7、测测量量机机主主要要用用于于精精密密的的模模具具、刀刀具具、工工具具、首首饰饰、微微刻刻与与集集成成线线路路板板等等。最最长长的的坐坐标方向小于标方向小于500mm。中中型型三三坐坐标标测测量量机机的的测测量量范范围围在在500-2000mm。主要用于对模具类零件的测量。主要用于对模具类零件的测量。大大型型三三坐坐标标测测量量机机的的测测量量范范围围大大于于2000mm，主主要要应应用用于于汽汽车车和和飞飞机机外外形形、发发动动机机与与推推进进器器叶叶片片等等大大型型零零件件的的测测量量与与检检测测。近近年年来来，非非接接触触式的大型三坐标测量机应用较多。式的大型三坐标测量机应用较多。(2)按
8、三坐标测量机的测量精度分类，有低精度、中精度和高精度的测量机。低精度的测量机主要是具有水平臂的三坐标测量划线机，单轴的最大测量不确定度大约在l10-4L，空间的最大测量不确定度在(23)10-4L之间，其中L 为最大测量程。中等精度的三坐标测量机的单轴最大测量不确定度大约为l10-5L，空间的最大测量不确定度在(23)10-5L之间。高精度三坐标测量机多称为精密型或计量型测量机，主要在计量室使用，单轴的最大测量不确定度大约为110-6L，空间的最大测量不确定度在(23)10-6L之间。(3)按按照照测测头头是是否否和和零零部部件件表表面面接接触触，可可以以将将测测量量机机分分为为接接触触式式三
9、三坐坐标标测测量量机机和和非非接接触触式式三三坐坐标标测测量机。量机。接接触触式式测测量量的的基基本本原原理理是是力力一一变变形形原原理理，它它可可以以进进行行触触发发式式或或者者连连续续的的数数据据采采集集。接接触触式式三三坐坐标标测测量量机机又又可可以以按按自自动动化化程程度度分分类类，分分为为手手动动型型、机机动动型型和和CNC型型。按按照照主主机机的的结结构构形形式式与与运运动动关关系系分分类类，可可分分为为桥桥框框式式、龙龙门门式式、悬悬臂臂式式、立立柱柱式式、卧镗式、仪器台式和极坐标式等。卧镗式、仪器台式和极坐标式等。非非接接触触式式测测量量方方法法主主要要运运用用光光学学原原理理
10、，有有激激光光三三角角测测量量法法、激激光光测测距距法法、结结构构光光学学法法，以以及及图图形形分分析析法法，工工业业计计算算机机断断层层数数据据测测量量、磁磁共共振振成成像像术术测量法、超声波法和层去扫描怯等。测量法、超声波法和层去扫描怯等。5.2 接触式三坐标测量机接触式三坐标测量机 接接触触式式三三坐坐标标测测量量机机是是最最早早发发展展起起来来的的一一种种三三坐坐标标测测量量设设备备，在在车车身身制制造造行行业业应应用用广广泛泛。接接触触式式三三坐坐标标测测量量机机可可对对车车身身油油泥泥模模型型、白白车车身身总总成成，及及前前挡挡风风玻玻璃璃、仪仪表表板板、座座椅椅等等部部件件进行测
11、量，也可以配合零件检测数据进行车身焊装质量的检测。进行测量，也可以配合零件检测数据进行车身焊装质量的检测。5.2.1 测量机原理与基本结构测量机原理与基本结构1.测量机原理测量机原理接接触触式式三三坐坐标标测测量量机机的的原原理理是是：将将被被测测件件置置于于三三坐坐标标的的测测量量空空间间之之内内，测测出出接接触触点点处处的的坐坐标标位位置置，根根据据这这些些点点的的空空间间坐坐标标值值，经经过过计计算可以求出被测件的几何尺寸、形状及位置。算可以求出被测件的几何尺寸、形状及位置。2.基本结构基本结构接接触触式式三三坐坐标标测测量量机机的的基基本本结结构构可可分分为为主主机机、测头、电气系统三
12、大部分，如图测头、电气系统三大部分，如图5-5所示。所示。1）主机）主机（1）三坐标测量机主机的构造）三坐标测量机主机的构造 框架结构框架结构；标尺系统；标尺系统；导轨；导轨；驱动装置；驱动装置；平衡部件平衡部件；转台与附件；转台与附件。(2)三坐标测量机主机的结构形式与材料三坐标测量机主机的结构形式与材料 三三坐坐标标测测量量机机主主机机的的结结构构形形式式可可归归纳纳为为七七大大类类：桥桥框框式式、悬悬臂臂式式和和龙龙门门式式，这这三三类类即即称称为为三三坐坐标标测测量量机机；由由镗镗床床演演变变而而来来的的立立柱柱式式和和卧卧 镗镗 式式，通通 常常 称称 这这 两两 类类 为为 万万
13、能能 测测 量量 机机(Universal Measuring Machine，UMM)；由由测测量量显显微微镜镜演演变变而而来来的的仪仪器器台台式式，又又称称三三坐坐标标测测量量仪仪；以以及及根根据据极极坐坐标标原原理理制制成成的的极极坐坐标标式式等等。图图5-7是是移移动动桥桥式式，图图5-8是是固固定定桥桥式式，图图5-9是是龙龙门门式式，图图5-10是是水水平平臂臂式式(也也是是悬悬臂臂式式的一种的一种)，图，图5-11是悬臂式。是悬臂式。结构材料主要有：铸铁、钢、花岗石、陶瓷和铝。结构材料主要有：铸铁、钢、花岗石、陶瓷和铝。(3)标尺系统标尺系统 标标尺尺系系统统，也也称称测测量量系
14、系统统，是是三三坐坐标标测测量量机机的的重重要要组组成成部部分分。按按系系统统的的性性质质，可可分分为为机机械械式式标标尺尺系系统统、光光学式标尺系统和电气式标尺系统学式标尺系统和电气式标尺系统 2)三维测头三维测头 三三维维测测头头即即是是三三维维测测量量传传感感器器，它它可可在在3个个方方向向上上感感受受瞄瞄准准信信号号和和微微小小位位移移。三三坐坐标标测测量量机机测测头头的的两两大大基基本本功功能能是是测测微微(即即测测出出与与给给定定的的标标准准坐坐标标值值的的偏偏差差值值)和和触触发发瞄瞄准准并并过过零零发发讯讯。按按照照结结构构原原理理，测测头头可可分分为为机机械械式式、光光学学式
15、式和和电电气气式式等等。机机械械式式主主要要用用于于手手动动测测量量；光光学学式式主主要要由由于于非非接接触触式式测测量量；电电气气式式多多用用于于接接触触式式的的自自动测量动测量。3)电气系统电气系统(1)计算机硬件部分。(2)测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。它可进行坐标变换与测头校正，生成探测模式与测量路径，还用于基本几何元素及其相互关系的测量、形状与位置误差测量，齿轮、螺纹与凸轮的测量、曲线与曲面的测量等。(3)打印与绘图装置。(4)电气控制系统，是测量机的电气控制部分，具有单轴与多轴联动控制、外围设备控 制、通信控制和保护与逻辑控制等。5.2.2 应用特点应用特点 接触式三坐标
16、测量机的精度的表示方法主接触式三坐标测量机的精度的表示方法主要有要有3种：种：(1)测量机本身的精度：主要是指坐标位置的点测量机本身的精度：主要是指坐标位置的点位精度。位精度。(2)重复精度：是测量机重复测量某一尺寸时测重复精度：是测量机重复测量某一尺寸时测量结果的变动范围。量结果的变动范围。(3)示值精度：是测量机测量任何已知尺寸所得示值精度：是测量机测量任何已知尺寸所得测量结果的误差范围。测量结果的误差范围。接触式三坐标测量的优点：接触式三坐标测量的优点：(1)机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性；准确性和可靠性；(2)与被测件表面
17、的反射特性、颜色及曲率关系不与被测件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大；大；(3)被测件固定在三坐标测量机上，并配合测量软被测件固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速准确地测量出被测件表面的基本几何件，可快速准确地测量出被测件表面的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等。形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等。接触式三坐标测量的缺点：接触式三坐标测量的缺点：(1)为为了了确确定定测测量量基基准准点点需需使使用用特特殊殊的的夹夹具具，这这会会导导致致较较高高的的测测量量费费用用。不不同形状的产品会造成原来的夹具不适用而使成本增加。同形状的产品会造成原来的夹具不适用而使成本增加。(2)球球形
18、形测测头头容容易易因因接接触触力力造造成成磨磨损损，所所以以，为为了了维维持持一一定定的的精精度度，需需要要经常校正球形测头的直径。经常校正球形测头的直径。(3)不不当当的的操操作作容容易易损损害害被被测测件件某某些些重重要要部部位位的的表表面面精精度度，也也会会使使测测头头损损坏。坏。(4)接触式触发测头是以逐点进出方式进行测量的，所以测量速度慢。接触式触发测头是以逐点进出方式进行测量的，所以测量速度慢。(5)检检测测一一些些内内部部元元件件有有先先天天的的限限制制，如如测测量量内内圆圆直直径径，触触发发测测头头的的直直径径必定要小于被测内圆直径，被测件内部不易测量处是测量的死角。必定要小于
19、被测内圆直径，被测件内部不易测量处是测量的死角。(6)对对三三维维曲曲面面的的测测量量，因因传传统统触触发发式式测测头头是是感感应应元元件件，测测量量到到的的点点是是测测头头的的球球心心位位置置，故故欲欲求求得得物物体体真真实实外外形形则则需需要要对对调调头头半半径径进进行行补补偿偿，因因而而可可能能会会导导致致修修正正误误差差的的问问题题。计计算算比比较较繁繁琐琐，同同时时这这也也是是测测量量误误差差的的来源之一。来源之一。(7)接接触触测测头头在在测测量量时时，测测头头的的接接触触力力将将使使测测头头尖尖端端部部分分与与被被测测件件之之间间发发生局部变形而影响测量值的实际读数。生局部变形而
20、影响测量值的实际读数。(8)测量系统的支撑结构存在静态及动态误差。测量系统的支撑结构存在静态及动态误差。(9)由由于于测测头头触触发发机机构构的的惯惯性性及及时时间间延延迟迟而而使使测测头头产产生生超超越越(Overshoot)现现象，趋近速度会产生动态误差。象，趋近速度会产生动态误差。(10)因因为为接接触触面面积积与与被被测测件件表表面面的的几几何何形形状状有有关关，即即使使测测量量接接触触力力保保持持一一定，测量压力并不能保证一定。定，测量压力并不能保证一定。5.3 非接触式三坐标测量机非接触式三坐标测量机5.3.1 测量原理与基本结构测量原理与基本结构1常用的非接触式测量方法常用的非接
21、触式测量方法(1)三三角角测测量量法法。其其工工作作原原理理是是，由由激激光光器器(通通常常是是半半导导体体激激光光器器)发发出出的的光光，经经光光学学系系统统形形成成一一个个很很细细的的平平行行光光束束，照照到到被被测测工工件件表表面面上上。由由工工件件表表面面反反射射回回来来的的光光，可可能能是是镜镜面面反反射射光，也可能是漫反射光。光，也可能是漫反射光。(2)光光纤纤式式测测量量法法。其其原原理理是是通通过过被被测测量量的的形形面面变变化化来来调调制制光光波波，使使光光纤纤的的光光波波参参量量随随被被测测量量的的形形面面变变化化而而变变化化，从从而而根根据据被被测测信信号号的的大小求得被
22、测形面的空间位置关系。大小求得被测形面的空间位置关系。(3)视视像像测测量量法法。视视像像测测头头是是用用显显微微镜镜和和投投影影的的方方法法进进行行瞄瞄准准的的发发展展。测测头头通通常常由由照照明明、放放大大镜镜、CCD摄摄像像头头与与监监视视器器组组成成。通通过过一一定定方方式式的的照照明明，将将物物体体的的几几何轮廓变为光学轮廓。何轮廓变为光学轮廓。(4)计计算算机机断断层层扫扫描描(Computed Tomography，CT)技技术术最最具具代代表表的的是是基基于于X射射线线的的CT扫扫描描机机。它它以以测测量量物物体体对对X射射线线的的衰衰减减系系数数为为基基础础，用用数数学学方方
23、法法经经过过计计算算机机处理而重建断层图像。处理而重建断层图像。(5)磁磁共共振振成成像像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)也也称称为为核核磁磁共共振振，该该技技术术的的理理论论基基础础是是核核物物理理学学的的磁磁共共振振理理论论，是是20世世纪纪70年年代代末末以以后后发发展展的的一一种种新新式式影影像技术。像技术。(6)超超声声波波测测量量法法采采用用的的是是超超声声波波的的数数字字化化方方法法，其其原原理理是是当当超超声声波波脉脉冲冲到到达达被被测测物物体体时时，在在被被测测物物体体的的两两种种介介质质边边界界表表面面会会发发生生回回波波反反射射，通通过过测
24、测量量回回波波与与零零点脉冲的时间间隔，即可计算出各面到零点的距离。点脉冲的时间间隔，即可计算出各面到零点的距离。(7)层层去去扫扫描描法法是是破破坏坏性性测测量量方方法法，层层去去扫扫描描法法适适用用于于测测量物体截面轮廓的几何尺寸。量物体截面轮廓的几何尺寸。2光学测头光学测头(1)一维测头，如三角法测头、光纤测头等；一维测头，如三角法测头、光纤测头等；(2)二二维维测测头头，主主要要是是各各种种视视像像测测头头，如如利利用用CCD摄摄像像机测量平面轮廓的测头；机测量平面轮廓的测头；(3)二二维维加加一一维维测测头头，是是在在二二维维测测头头基基础础上上，再再增增加加对对焦焦功能，使它能实现
25、三维测量；功能，使它能实现三维测量；(4)三三维维测测头头，如如用用莫莫尔尔条条纹纹技技术术形形成成等等高高线线进进行行条条纹纹计计数的测头、体视式测头；数的测头、体视式测头；(5)接接触触式式测测头头。它它首首先先利利用用测测端端拾拾取取工工件件表表面面位位置置信信息息，然后用光学原理进行转换。，然后用光学原理进行转换。根根据据测测量量方方法法，光光学学测测头头可可分分为为三三角角法法测测头头、光光纤纤式式测测头、视像测头等。头、视像测头等。3ATOS三坐标测量机三坐标测量机 ATOS三三坐坐标标测测量量机机是是德德国国GOM公公司司开开发发的的产产品品，ATOS三三坐坐标标测测量量机机主主
26、要要包包括括光光学学测测头头、支支架架、控控制制器器、标标尺尺、Tritop数数码码相相机机测测量量定定位位系系统统和和相相应应的的计计算算机机软软件件及及硬硬件件等等，如如图图5-16所所示示。图图5-17是是ATOS光学三坐标测量机的测头。光学三坐标测量机的测头。ATOS三三坐坐标标测测量量机机的的整整个个测测量量过过程程是是基基于于光光学学三三角角形形原原理理的的。测测量量过过程程中中，系系统统投投射射一一束束光光带带条条纹纹到到被被测测量量件件，以以这这些些投投射射到到被被测测件件上上的的条条纹纹为为基基础础，由由两两个个摄摄像像镜镜头头完完成成接接收收和和测测量量，其其原原理理如如图
27、图5-18所所示示。根根据据光光学学的的变变形形原原理理，计计算算机机能能够够从从接接收收到到的的精精确确像像素素信信息息自自动动计计算算出出被被测测件件的的三三维维位位置置坐坐标标。按按照照这这种种摄摄像像解解决决方方法法，每每一一次次单单独独的的扫扫描描测测量量可可以以得得到到被被测测曲曲面面的的多多达达数百万个点的信息。数百万个点的信息。5.3.2 应用特点应用特点采用非接触式三坐标测量，有如下突出的优点采用非接触式三坐标测量，有如下突出的优点：(1)能够快速收集到测量曲面的计算机建模信息，用于能够快速收集到测量曲面的计算机建模信息，用于CAD、FEM分析等；分析等；(2)测量点云能够实
28、现与测量点云能够实现与CAD数据、工程图或样本的对比；数据、工程图或样本的对比；(3)能够对零件进行快速复制，快速成型或数控加工；能够对零件进行快速复制，快速成型或数控加工；(4)能够应用数字化样机；能够应用数字化样机；(5)能够测量体积小、形状复杂和体积很大的被测零件；能够测量体积小、形状复杂和体积很大的被测零件；(6)测量点云的噪声点数量小，并且可以经过调整而进一步减少测量点云的噪声点数量小，并且可以经过调整而进一步减少噪声点；噪声点；(7)接触式测量设备不能测量的结构，如内部结构，各种柔软的、接触式测量设备不能测量的结构，如内部结构，各种柔软的、易变形的物体和不可接触的高精密被测件等；易
29、变形的物体和不可接触的高精密被测件等；(8)能够装在机器人上实现自动测量；能够装在机器人上实现自动测量；(9)重量轻、结构紧凑、操作简单；重量轻、结构紧凑、操作简单；(10)带有先进的计算和渲染测量点云的功能。带有先进的计算和渲染测量点云的功能。非接触式三坐标测量的主要缺点：非接触式三坐标测量的主要缺点：(1)因为非接触式测头大多是接收被测件表面的因为非接触式测头大多是接收被测件表面的反射光或散射光，容易受到被测件表面的反射反射光或散射光，容易受到被测件表面的反射特性的影响，如颜色、斜率等；特性的影响，如颜色、斜率等；(2)测头容易受到环境光线及杂散光影响；测头容易受到环境光线及杂散光影响；(
30、3)非接触式测量只做被测件轮廓坐标点的大量非接触式测量只做被测件轮廓坐标点的大量取样，不能进行面上指定点的测量，对边线及取样，不能进行面上指定点的测量，对边线及凹孔等的处理比较困难；凹孔等的处理比较困难；(4)使用光学测头测量时，测量镜头的焦距调整使用光学测头测量时，测量镜头的焦距调整会影响测量精度；会影响测量精度；(5)被测件表面的粗糙度会影响测量结果；被测件表面的粗糙度会影响测量结果；(6)光学阴影处及光学焦距变化处是测量死角光学阴影处及光学焦距变化处是测量死角。5.4 测量点的数据处理测量点的数据处理5.4.1 应用接触式三生林测量机得到的测量点的应用接触式三生林测量机得到的测量点的数据
31、处理数据处理1.测量数据中的异常点的剔除测量数据中的异常点的剔除判断异常点的方法有：判断异常点的方法有：(1)直直接接观观察察法法：用用肉肉眼眼直直接接将将与与截截面面数数据据点点偏偏离离较较大大的的、与与测测量量顺顺序序连连线线有有突突然然变变化化或或相相差较大的和存在于屏幕上的孤点剔除；差较大的和存在于屏幕上的孤点剔除；(2)曲曲线线检检查查法法：对对截截面面数数据据点点拟拟和和得得到到一一条条曲曲线线。根根据据曲曲线线的的光光顺顺情情况况，剔剔出出曲曲线线上上的的偏偏差较大点；差较大点；(3)弦弦高高差差方方法法：连连接接检检查查点点的的前前后后两两点点，计计算算弦高，若大于给定的允差，
32、则剔除该点。弦高，若大于给定的允差，则剔除该点。2测量数据的球形测头半径补偿测量数据的球形测头半径补偿 当反求模型的精度要求较高时，应对测量数据进行测头当反求模型的精度要求较高时，应对测量数据进行测头补偿，否则重建的模型将在尺寸上与被测有偏差。图补偿，否则重建的模型将在尺寸上与被测有偏差。图5-20所示是球形测头的半径补偿示意图。所示是球形测头的半径补偿示意图。3测量点云数据的编辑测量点云数据的编辑 对对测测量量数数据据的的编编辑辑主主要要是是对对测测量量点点云云的的分分割割、复复制制、删删改改、分块、对齐和定位等。分块、对齐和定位等。4测量点云数据的标准格式转换测量点云数据的标准格式转换 常
33、常用用的的数数据据交交换换标标准准有有IGES标标准准、STEP标标准准，以以及及DXF、ASCII等。等。5.4.2 非接触式三坐标测量机的测量点云的数据处理非接触式三坐标测量机的测量点云的数据处理对于光学式三坐标测量机的测量点云数据的处理主要包括：对于光学式三坐标测量机的测量点云数据的处理主要包括：1.对测量点云数据中的异常点的剔除对测量点云数据中的异常点的剔除2.对测量点云数据的坐标对齐与定位对测量点云数据的坐标对齐与定位3对测量数据的编辑对测量数据的编辑对对非非接接触触式式三三坐坐标标测测量量机机的的测测量量点点云云的的编编辑辑主主要要有有分分割割、复复制制、删改、精简等。删改、精简等
34、。4测量点云数据的标准格式转换测量点云数据的标准格式转换5.5 三坐标测量机在车身三坐标测量机在车身CAD的应用的应用1三坐标测量机的选用原则三坐标测量机的选用原则1)合理的测量精度合理的测量精度2)合乎要求的测量范围合乎要求的测量范围(1)被测件的所需测量部分不一定是整个工件。被测件的所需测量部分不一定是整个工件。(2)z轴与轴与z向空间高度的关系。向空间高度的关系。(3)接长测杆的问题。接长测杆的问题。3)合适的测量机类型合适的测量机类型4)丰富的测量软件丰富的测量软件5)符合要求的测量效率符合要求的测量效率6)功能齐全的测头功能齐全的测头7)满意的经济效益满意的经济效益2接触式三坐标测量
35、机的应用接触式三坐标测量机的应用应用接触式三坐标测量机的测量过程一般包括以下几个方面：应用接触式三坐标测量机的测量过程一般包括以下几个方面：(1)选择测头的类型、规格及确定测头的安装状态。选择测头的类型、规格及确定测头的安装状态。(2)测头快遭移动到被测件坐标定位点，以一定精度接近被测点，测头快遭移动到被测件坐标定位点，以一定精度接近被测点，建立工件的测量原点。建立工件的测量原点。(3)将测头移动到被测件的测量位置附近，当接触状态达到要求发将测头移动到被测件的测量位置附近，当接触状态达到要求发出过零信号时，记录测量点的坐标值出过零信号时，记录测量点的坐标值(x，y，z)数据。数据。(4)计算机
36、处理测量结果。计算机处理测量结果。对于白车身外表面的测量，可以根据曲率变化的情况进行分对于白车身外表面的测量，可以根据曲率变化的情况进行分块测量，分块测量的基本原则是：块测量，分块测量的基本原则是：(1)一块曲面的曲率变化尽量均匀，变化过于剧烈会影响重建曲面一块曲面的曲率变化尽量均匀，变化过于剧烈会影响重建曲面的质量。的质量。(2)在能够控制被测曲面形状的前提下，尽量使分块后测量数据点在能够控制被测曲面形状的前提下，尽量使分块后测量数据点较少。较少。(3)尽量使分块后测量曲面为四边域曲面。尽量使分块后测量曲面为四边域曲面。(4)使相邻的测量曲面边界有某种简单的对应关系，使得后续的曲使相邻的测量
37、曲面边界有某种简单的对应关系，使得后续的曲面拼接工作容易实现。面拼接工作容易实现。对车身检测的要求主要有：对车身检测的要求主要有：(1)定位合理；定位合理；(2)孔的检测，包含孔径大小和孔的位置两项内容；孔的检测，包含孔径大小和孔的位置两项内容；(3)由由于于车车身身零零件件轮轮廓廓普普遍遍为为自自由由曲曲面面，需需要要根根据据具具体体情情况况采采取取多多种方式进行外形检查；种方式进行外形检查；(4)以划线方式检查被测件的轮廓；以划线方式检查被测件的轮廓；(5)待测零件需要夹紧等。待测零件需要夹紧等。3非接触式三坐标测量机的应用非接触式三坐标测量机的应用 非接触式光学三坐标测量机在车身非接触式
38、光学三坐标测量机在车身CAD应用较多。应用较多。在在应应用用光光学学式式三三坐坐标标测测量量机机测测量量开开始始之之前前，首首先先要要对对测测量量机机做如下的测量准备工作：做如下的测量准备工作：(1)开启计算机及测量控制系统；开启计算机及测量控制系统；(2)硬件校准，包括校准镜头焦距、光圈等；硬件校准，包括校准镜头焦距、光圈等；(3)测量软件初始化标定测量软件初始化标定。图图5-21所所示示的的是是ATOS光光学学三三坐坐标标测测量量机机的的测测量量过过程程。图图5-22所所示示的的是是数数码码相相机机测测量量被被测测件件数数码码点点和和参参考考点点；图图5-23所所示示的的是是安装在机器人上
39、的安装在机器人上的ATOS光学三坐标测量机对车门总成的测量。光学三坐标测量机对车门总成的测量。在扫描测量的过程中，有以下几点需要加以注意：在扫描测量的过程中，有以下几点需要加以注意：(1)贴贴参参考考点点时时应应注注意意技技巧巧，数数码码点点和和参参考考点点的的粘粘贴贴一一定定要要牢牢固固。在在曲曲面面较较平平坦坦的的区区域域可可以以稀稀疏疏一一些些，而而在在曲曲率率变变化化较较大大的的区区域域可可密密集集一一些些。另另外外，贴贴参参考考点点的的时时候候，注注意意不不要要使使参参考考点点有有较较大大变变形形，以以免免造造成成识识别别困困难，影响测量点云数据的精度。难，影响测量点云数据的精度。(
40、2)在在测测量量的的过过程程中中，有有时时会会出出现现点点云云对对齐齐错错误误的的情情况况。此此时时，应应删删去去错错误误点点云云及及相相应应拾拾取取的的错错误误参参考考点点，重重新进行测量。新进行测量。(3)在在测测量量的的过过程程中中，多多视视点点云云的的对对齐齐时时，可可人人工工干干预预参参考点的选取，最大限度地提高测量精度。考点的选取，最大限度地提高测量精度。(4)需需要要注注意意被被测测件件的的边边界界。边边界界点点云云可可能能不不够够完完整整，因因此在测量的过程中应注意对边界的测量。此在测量的过程中应注意对边界的测量。由由ATOS与与Tritop所采集到的详实、精确的所采集到的详实、精确的测量点云数据，可以用于进行下一步的三维造测量点云数据，可以用于进行下一步的三维造型和车身型和车身CAD建模等。建模等。图图5-24所示是应用所示是应用ATOS测量得到的轿车车测量得到的轿车车身外表面点云敷据。图身外表面点云敷据。图5-25即为使用即为使用CAD软件软件对图对图5-24所示的测量点云建模得到的车身外表所示的测量点云建模得到的车身外表面面CAD模型。模型。