光学测量扫描用台式单轴转台设计开题报告

全文总字数：3257字

1. 研究目的与意义

随着科学技术的发展进步，经历了较长期的自然产生和发展过程，机电一体化产品已经渗透到我们日常工作生活的各个领域，机电一体化产品满足了人们生活的多样化要求和生产的省力化，自动化需求，通过利用现代化技术，在诸多方面取得了显著的经济效益和社会效益，在社会和科学技术中具有举足轻重的作用，光学测量扫描用台式单轴转台就是我们现代化生活中一个典型的机电一体化产品。

随着我国工业技术的进步以及经济的发展，在一些产品的设计和制造和设计过程当中，我们传统的产品的设计和制造模式，就是我们平常所说的正向工程，对于表达出一些复杂的自由曲面的三维模型比较困难，所以我们需要得到产品实物或者产品模型的三维数据，这样才可以利用现代的快速成型系统，计算机辅助制造系统，产品数据管理技术等对这些三维数据进行进一步的处理，修改和优化，使得我们对于产品实物或模型有一个准确的了解，这就是现在我们在制造业当中应用的实物逆向工程技术，同时，它也叫做求反工程技术。我们国家作为制造大国，对于一件产品的设计,仿真以及最后检测的过程，三维几何数据的测量和检测都是非常重要的，因为一个产品表面的三维数据在工业设计，设计，加工，检测中有十分重要的地位。尤其是近几年来，我国科技实力迅猛发展，在众多的工业行业中的工程和实际生产中都已经对这种产品表面的三维数据的精密测量提出了迫切的需求，我们运用逆向工程技术的关键就是要通过各种测量手段来获得一个产品或者模型的比较精确的三维数据以便我们在计算机上进行模型构建，我们进行模型构建首先就要把产品实物数字化，我们的研究采用的是逆向工程技术中的光学测量扫描系统，将产品实物或模型放置在转台上，随着转台转动，我们只要通过转台多次的旋转，就可以实现对产品实物表面的完整测量，光学扫描系统快速获取实物表面的测量数据，然后通过计算机技术对这些数据进行各种处理，最后就能得到我们所需要的三维模型，产品及模型的三维数据和数字化建模是一件产品设计的质量保证。近几年来，运用逆向工程技术在产品的开发过程中进行模型构建，尤其是运用空间三维光学测量扫描系统变得越来越广泛。对于复杂的曲面，产品的几何外形的三维数据通常需要一比一比例的模型运用逆向工程将其转化成数字化模型；对于大型设备，逆向工程技术就可以快速生产出损坏零件的替代品，大大挺高生产效率的同时可以降低生产成本。在机械制造领域，传统的产品设计，从概念设计开始，然后绘制草图，建模，分析，修改，然后最终生产，由于没有实物模型，所以生产出来的产品经常需要不断地改进，光学测量扫描系统相比之下，不仅满足了逆向工程中对产品数字化的高精度，高效率的需求，而且测量原理简单，测量速度快，测量数据精确，测量点密集等优点。这种光学测量系统，是通过非接触式的方法，通过转台的不断转动，使得传感器头可以从任意360度的不同角度扫描产品或模型的表面来获得高密度高质量的三维坐标的扫描数据，因此，它还具有对于不同的测量任务灵活性极高的特点。

转台即旋转平台，转台是光学扫描测量系统中技术测试的重要组成部分，它是一个单轴方位旋转机构，它是光学扫描测量系统的机械系统中一种确保产品位置的执行机构，是用来放置测试光学扫描测量系统测量对象的基础平台，转台可以控制旋转的速度和加速度，也可以实现位置，速度，加速度等试验，因此转台的设计是十分关键的。虽然目前市场上已经有各种各样的转台机构，但是随着测试对象和测试条件的不同，在很多情况下，转台还是需要专门设计。我们日常生活中的许多机电一体化系统，在生产，调试，测评，使用和维护等各个阶段，都不能离开由转台组成的测试系统，转台作为测试系统中仿真和实验的关键机构，它的性能与质量的好坏就会直接影响到产品零件实物的可靠性。不仅如此，由于目前我们市场上许多换台都是用于工业用途的，价格昂贵，造型也不是很美观，因此，我们急需研制出一些价格实惠，外观轻巧的转台，以便于我们在日常生活中也可以使用。

2. 国内外研究现状分析

经过计算机模拟和对实际物体三维数据的测量，可以看出光学测量系统简单实用，精度高，便于实现自动测量，是一种较为理想的光学测量方法。这种方法在产品设计与制作中也起到越来越重要的作用，因此在众多领域具有广阔的应用前景。对于三维光学测量扫描系统的研究，美国，德国，日本等发达国家早就从二十世纪六十年代研制出了许多比较成熟的系统，虽然国内外的许多专业的权威人士提出来许多经典的三维光学扫描测量的理论和方法，但目前我们现有的技术仍旧存在一定的局限性，在应用领域也还有许多尚未解决的难题，而且国内的研究技术及设备还是与国际的有一定的差距。目前，光学测量扫描技术在测量大型精度要求高的零件时，由于测量范围大而导致积累的误差也越大，所以难以达到所要求的精度；测量复杂表面时，往往难以取得表面的数据点；测量一些表面光滑度高或反射度高的表面时计算机难以获得完整可靠的数据；在锻造行业中，难以取得热态锻件的三维数据，诸如此类，大尺寸，复杂型面，高速度，热态扫描等等都是目前光学扫描测量的难点，同时也将是光学扫描测量技术未来研究发展的大趋势。随着当下计算机技术的迅猛发展，我们研究光学扫描测量技术有着重要的意义，不仅可以解决接触式测量法速度慢，难测量等不足之处，还可以简化测量的方法，提高测量精度，因此，论文研究的课题既具有重要的理论意义和实用价值。

转台的发展经历了从单轴，低精度，单功能到多轴，高精度，多功能的各个阶段。迄今为止，在各方面都居于领先水平，代表当今世界转台水平的是美国的转台，美国带领着英国，法国，德国，俄国投入大量人力物力研制转台。从1945年世界上第一台转台在美国诞生到1969年，美国的转台设计和制造进入系列化阶段。目前国内的转台设计与研制与国际相比还有一定的差距，我国大约从二十世纪六十年代中期开始研制转台，到了1993年以来，我们才在转台的研究和生产上获得了很大的发展，其中最具有代表性的是哈尔滨工业仿真中心，目前，从总体上来看，我国在转台的设计与研制方面虽然起步晚，但是发展还是比较快的。但是，与国际发达国家相比较，我国在转台的精度，性能，制造工艺，安装及控制技术等方面，还是有许多的差距。因此，转台的未来发展趋势就是要提高精度，提高性能，同时也要降低成本，提高自动化水平，广泛采用计算机控制和测试以及用力矩代替机械结构实现转台的运动等，这些都是我们可以研究的方向。随着我国自主创新的加快，我们要广泛地应用新技术和新材料，借鉴国外的先进水平，取其精华，弃其糟粕，尽快缩短与国际的差距，在转台的外观造型，成本，性能用途等方面有所突破，形成适合我们日常生活所需的转台，这就是我们此次研究光学测量扫描用台式单轴转台的目的所在。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：1、光学测量扫描用台式单轴转台设计的总体方案。

要求：台面大小：d= 300mm

重复定位精度：0.01

4. 研究创新点

通过对国内外研究现状的分析，我们在现有研究的基础上，发现国外的转台虽然水平先进，精度高，但是价格昂贵，大多用于工业用途，因此，我们将在前人研究的基础上，在不降低转台精度的前提下，努力研制出价格便宜实惠，造型轻巧美观方便携带的转台，同时简化转台操作控制机构，以便于我们每个人都会使用，使得转台能够走入到我们的日常生活中，取得良好的效益。