CN1214231C - 一种空间三维自由曲线的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空间三维自由曲线的测量方法，该方法利用集成化柔性激光加工***、三座标测量机或数控机床，根据自由曲线的自身特点，首先获取待测三维自由曲线上的特征点，然后，以特征点列作为插值点列，拟合累加弦长三次参数样条曲线作为实际待测曲线的数学模型，通过自适应的调整累加弦长参数作为测量步长，插值产生下一个探测点和避障点；所述的特征点是指待测曲线上的拐点、大曲率处的加密测量点、起始点和结束点。本发明的一种空间三维自由曲线的测量方法，实现了三维自由曲线的数字化并做到合理地布置测点，提高测量效率、精度和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制测量技术领域，特别涉及一种空间三维自由曲线的测量方法。
背景技术
空间三维自由曲线在焊接、切割或者是造型技术中有广泛的应用，获取其数据有重要意义。由于空间三维自由曲线没有真正意义上的解析式，对其数字化要有三维测量的方法，因而一直是工程技术中的难点。目前，一般通过等距测量方法，即用等步长的方式来对二维自由曲线进行测量，其缺陷在于，这样获得的测量数据有时就不能反映二维自由曲线的真实情况，并且测量效率较低；而对空间三维自由曲线的数字化方法研究很少，尚未见相关的研究报道或者是公布的专利技术。
发明内容
本发明的目的在于：填补空间三维自由曲线测量方法的空白，提供一种空间三维自由曲线的测量方法，从而满足工程中三维自由曲线的数字化需求。
本发明的目的是这样实现的：本发明的一种空间三维自由曲线的测量方法，利用集成化柔性激光加工***、三座标测量机或数控机床，根据自由曲线的自身特点，首先获取待测三维自由曲线上的特征点，然后，以特征点列作为插值点列，拟合累加弦长三次参数样条曲线作为实际待测曲线的数学模型，通过自适应的调整累加弦长参数作为测量步长，插值产生下一个探测点和避障点；所述的特征点是指待测曲线上的拐点、大曲率处的加密测量点、起始点和结束点。
本发明的一种空间三维自由曲线的测量方法，其步骤包括：
1、先测量出待测曲线特征点列T1、T2、T3、…、Tn-1、Tn的三维空间坐标值，如图1所示，并将各点的坐标值存入测量控制用的计算机内存数组中；
2、利用获取的特征点列T1、T2、T3、…、Tn-1、Tn的三维坐标值，采用自由端边界条件，以各点的累加弦长为参数，用常用的解准三角矩阵的追赶法计算出三次参数样条曲线x＝x(s)，y＝y(s)，z＝z(s)；
3、以所得到的三次参数样条曲线替代实际的三维空间曲线，并令弦长脚标序号i＝0，弦长参数si＝0，send为与结束点Tn对应的累加弦长参数，根据公式Pi(si)＝[x(si)y(si)z(si)]得到下一探测点Pi(si)和对应的避障点，并将测量点的三维坐标值存储到测量数据文件中；
4、令di为特征点Ti-1与特征点Ti之间的距离，以di作为判据，来自适应地确定下一个测量点的弦长参数si+1，从而达到自适应调整测量步长的目的；
5、若si＜send，则重复步骤3和4；否则，结束测量过程。
所述的判据di≤20mm，si+1＝si+4mm；若20mm＜di≤40mm，si+1＝si+8mm；若40mm＜di≤100mm，si+1＝si+12mm；若di＞100mm，si＝si-1+di/2；并令i＝i+1。
本发明的优点在于：本发明的一种空间三维自由曲线的测量方法，实现了三维自由曲线的数字化并做到合理地布置测点，提高测量效率、精度和安全性。
图面说明
图1是本发明三维自由曲线测量方法的示意图
图2是本发明三维自由曲线测量方法实施例所测特征点列
图3是本发明三维自由曲线测量方法实施例所测数据
图4是本发明三维自由曲线测量方法的算法流程图
具体实施方式
采用中科院力学研究所已授权的中国专利号为ZL98101217.5的一种具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置，也可采用三坐标测量机、利用接触式测头(或非接触式测头)并配以测量辅助电路与龙门式数控机床的I/O通讯口相连而改造成的测量加工机等设备，对汽车覆盖件冲压模具的一个棱线结构的三维空间自由曲线进行了测量，如图4所示，其具体步骤如下：
(1)如图2所示，首先，测量出待测曲线的特征点列T1(1150.333252-1112.331787-435.199127)、T2(957.775146-1112.330322-425.146210)、T3(884.654053-1110.837036-422.971252)、T4(850.682434-1085.903809-422.613159)、T5(846.577209-1062.570557-424.836914)、T6(891.577209-1036.385498-429.857605)和T7(891.321838-1005.093506-442.084778)共7个特征点的三维空间坐标值。该待测空间三维曲线大致是由一段直线和一段弧线接一段直线构成，T1、T7分别为待测三维曲线的起始点和结束点，T2、T3、T5、T6都是在弧线段进行加密测量的点，T4为弧线的拐点。将各点的坐标值存入测量控制用的计算机内存数组中，T1、T2、T3、…、T6、T7为内存变量，同时，将特征点的三维坐标值写进特征点数据文件之中。
(2)利用获取的特征点列T1、T2、T3、…、T6、T7的三维坐标值，采用令端点曲率为0的自由端边界条件，以各点的累加弦长为参数，用常用的解准三角矩阵的追赶法计算出三次参数样条曲线x＝x(s)，y＝y(s)，z＝z(s)，式中，s为弦长参数。
(3)以由步骤(2)所得到的三次参数样条曲线替代实际的三维空间曲线，开始测量时，令弦长脚标序号i＝0，弦长参数si＝0。
(4)利用步骤(3)得到的弦长参数si代入三次参数样条曲线中，得到由式Pi(si)＝[x(si)y(si)z(si)]计算出来的探测点Pi(si)和避障点，驱动测量头获得测量点的三维坐标值，并存储到测量数据文件中。
(5)令di为特征点Ti-1与特征点Ti之间的距离，以di作为判据，来自适应的调整自适应地确定下一个测量点的弦长参数si+1，从而达到自适应调整测量步长的目的。其具体做法如下：若di≤20mm，si+1＝si+4mm；若20mm＜di≤40mm，si+1＝si+8mm；若40mm＜di≤100mm，si+1＝si+12mm；若di＞100mm，si＝si-1+di/2。并令弦长脚标序号变量i＝i+1。
(6)若si＜send(send为结束点T6对应的累加弦长参数)，重复(4)、(5)；否则结束测量过程。
上述步骤自动完成了对汽车模具棱线结构的空间三维自由曲线的数字化测量。采用origin绘图软件将所测得的自由曲线的特征点坐标值显示如图2，图3则显示了对汽车模具棱线结构的测量结果。
Claims (2)
1、一种空间三维自由曲线的测量方法，该方法利用集成化柔性激光加工***、三座标测量机或数控机床，其特征在于，包括如下步骤：
(1)先测量出待测曲线特征点列T1、T2、T3、…、Tn-1、Tn的三维空间坐标值，并将各点的坐标值存入测量控制用的计算机内存数组中；
(2)利用获取的特征点列T1、T2、T3、…、Tn-1、Tn的三维坐标值，采用自由端边界条件，以各点的累加弦长为参数，用常用的解准三角矩阵的追赶法计算出三次参数样条曲线x＝x(s)，y＝y(s)，z＝z(s)；
(3)以所得到的三次参数样条曲线替代实际的三维空间曲线，并令弦长脚标序号i＝0，弦长参数si＝0，send为与结束点Tn对应的累加弦长参数，根据公式Pi(si)＝[x(si)y(si)z(si)]得到下一探测点Pi(si)和对应的避障点，并将测量点的三维坐标值存储到测量数据文件中；
(4)令di为特征点Ti-1与特征点Ti之间的距离，以di作为判据，来自适应地确定下一个测量点的弦长参数si+1，从而达到自适应调整测量步长的目的；
(5)若si＜send，则重复步骤3和4；否则，结束测量过程。
2、按权利要求1所述的一种空间三维自由曲线的测量方法，其特征在于，所述的判据di≤20mm，si+1＝si+4mm；若20mm＜di≤40mm，si+1＝si+8mm；若40mm＜di≤100mm，si+1＝si+12mm；若di＞100mm，si＝si-1+di/2；并令i＝i+1。
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