三坐标测量机测头半径三维智能补偿技术

发布时间：2017-03-27 19:08

  本文关键词：三坐标测量机测头半径三维智能补偿技术，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：逆向工程中，数据的采集和处理占有至关重要的地位，三坐标测量机作为高精密测量仪器，是其主要的数字化设备。在接触式测量中，测量所得数据为测头球心点的坐标而不是工件表面坐标，需要进行测头半径补偿。目前，测头半径补偿技术或多或少的都存在一些局限性，本文针对接触式扫描测头测量所得散乱数据点云，基于SOFM自组织特征映射神经网络构建了一种自适应性强、精度高、效率高的补偿算法。 本文构建了基于SOFM神经网络的测头半径补偿算法模型，，利用其将整个曲面测量所得的散乱点数据分成许多子区域，子区域的分类核心即为神经元连接权矢量，连接权矢量集作为对散乱点集的工程近似化并重构曲面样本点的内在拓扑关系，实现曲面密集三维散乱点数据的自组织压缩。网络神经元权重矢量按六边形阵列侧抑制邻区训练调整，可生成测量点集压缩后的拓扑三角网格。寻找三角网格中小三角片组成的六边形结构的规律，由六个小三角形来确定六边形中心顶点的法矢。同时边缘点在组成六边形时，欠缺的点可从神经元感受野中寻得，完成三角网格法矢的求解。最后根据网格顶点法矢与测头半径值便可得到网格顶点偏移点，即实现了接触式密集数据采集的测头半径三维补偿。同时，本文在三角网格形成和法矢求解之后，拟定了三种测头半径补偿方案，并一一进行了对比分析。 由于实际测量存在不可避免的误差影响，用于算法验证的对比性差。本文应用MATLAB软件分别构建了球面、椭球面、一般复杂曲面、双三次B样条曲面四个复杂程度由低到高的曲面模型，进行仿真模拟试验。经过多次的试验对比分析，本文测头半径补偿方案Ⅰ的误差补偿精度可达到微米级，方案Ⅱ和方案Ⅲ补偿精度均可达到亚微米级，但方案Ⅱ稍显不稳定。测头半径补偿方案Ⅲ无论是稳定性还是补偿精度均非常理想，完全能够满足工程需要，本文初步构建了测头半径补偿的软件模块，以期能够应用到三坐标测量机数据处理软件中。
【关键词】：三坐标测量机 测头半径补偿 SOFM神经网络 三角网格
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH721
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目次9-11
• 图清单11-16
• 表清单16-21
• 1 绪论21-28
• 1.1 课题背景与意义21-27
• 1.1.1 逆向工程的发展概况21-22
• 1.1.2 逆向工程的关键技术22-23
• 1.1.3 三坐标测量机概述23-27
• 1.2 本文研究的主要内容27-28
• 2 三坐标测量机测头半径补偿技术分析及动态28-40
• 2.1 三坐标测量机测头半径补偿技术动态分析综述28-31
• 2.2 三坐标测量机测头半径在线自动补偿技术31-32
• 2.2.1 二维自动补偿31
• 2.2.2 微平面法31-32
• 2.3 三坐标测量机测头半径补偿离线数据处理补偿技术32-39
• 2.3.1 三点共圆法32-33
• 2.3.2 拟合补偿方法33-34
• 2.3.3 参数曲面法34-35
• 2.3.4 三角网格法35-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 基于自组织特征映射神经网络测头半径补偿技术40-59
• 3.1 神经网络简介40
• 3.2 SOFM 神经网络40-47
• 3.2.1 SOFM 映射过程41-44
• 3.2.2 SOFM 设计基础44-46
• 3.2.3 SOFM 功能特点46-47
• 3.3 基于 SOFM 神经网络的测头半径补偿算法整体思路47-48
• 3.4 基于 SOFM 神经网络的三角网格构建48-52
• 3.4.1 三角网格构建原理48-50
• 3.4.2 三角网格构建的软件实现50-52
• 3.5 三角网格顶点法矢的计算52-56
• 3.6 测头半径补偿方案56-58
• 3.7 本章小结58-59
• 4 三坐标测量机测头补偿仿真试验59-106
• 4.1 球面模型测头半径补偿试验59-79
• 4.1.1 球面散乱数据点云测头半径补偿方案Ⅰ59-71
• 4.1.2 球面有序数据点云测头半径补偿方案Ⅰ71-74
• 4.1.3 球面散乱数据点云测头半径补偿方案Ⅱ74-76
• 4.1.4 球面散乱数据点云测头半径补偿方案Ⅲ76-78
• 4.1.5 球面模型小结78-79
• 4.2 椭球面模型测头半径补偿试验79-92
• 4.2.1 椭球面散乱数据点云测头半径补偿方案Ⅰ79-85
• 4.2.2 椭球面散乱数据点云测头半径补偿方案Ⅱ85-90
• 4.2.3 椭球面散乱数据点云测头半径补偿方案Ⅲ90-91
• 4.2.4 椭球面模型小结91-92
• 4.3 一般复杂曲面模型测头半径补偿试验92-97
• 4.3.1 一般复杂曲面散乱数据点云测头半径补偿92-96
• 4.3.2 一般复杂曲面模型小结96-97
• 4.4 双三次 B 样条曲面模型测头半径补偿试验97-104
• 4.4.1 双三次 B 样条曲面构建97-100
• 4.4.2 双三次 B 样条曲面测头半径补偿100-104
• 4.5 三坐标测量机测头半径补偿算法模块104-105
• 4.6 本章小结105-106
• 5 总结与展望106-108
• 5.1 全文总结106-107
• 5.2 展望107-108
• 参考文献108-111
• 作者简历111

【参考文献】

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本文编号：270903