基于三坐标测绘仪的犁体曲面测绘及三维图像生成

收稿日期:2015-12-20基金项目:公益性行业(农业)科研专项项目(201503116);国家自然科学基金资助项目(51275318)作者简介:邢作常(1971-),男,博士研究生,讲师,从事计算机视觉研究,E-mail :xingzuochang@ ;*通讯作者:张祖立(1952-),男,教授,博士生导师,从事智能农业装备研究,E-mail :syauzhangzuli@犁体锻件是农业机械的重要零部件,它们的形状和尺寸精度直接影响到犁体的工作性能和能耗。

犁体曲面的准确、快速测量一直是困扰犁体设计、制造(包括其模具制造、设计)的难题,尤其是犁体热态锻件的现场、实时测量。

为此,国内外对其进行了很多研究。

赵毅等[1]提出了一种使用数字滤波技术和结构光三维测量技术进行热锻件尺寸检测的方法,但稳定性和精度有待提高。

聂绍珉等[2-3]采用图像灰度识别锻件边界并计算出锻件的直径。

缺点是只能获得简单尺寸,且操作麻烦,精度低。

孟德安等[4]研究了板材折弯件全长弯曲角度的双目视觉检测方法。

德国开发了LaCam-Forge 锻件测量系统。

该系统采用激光测距原理,通过激光器扫描锻件表面,采集数基于机器视觉的犁体锻件轮廓测量邢作常,田素博,刘思瑶,林静,张祖立*(沈阳农业大学工程学院,沈阳110161)摘要:犁体轮廓是犁体曲面的边界,对犁体的很多性能都有影响。

为了实现高温热态犁体锻件的快速、精确、非接触、自动化在线实时测量,提出计算机双目立体视觉犁体轮廓测量的解决方案;设计基于形态学的抗噪型边缘检测算子,实现犁体锻件的亚像素边缘提取;在对原始图像重投影和立体校正的基础上,研究亚像素二次校精校正算法,提高左右图像立体匹配的质量和速度。

以犁胫为试验对象,采用双目立体视觉和图像处理,在HALCON 和MATLAB 平台上,开发基于机器视觉的犁体锻件轮廓测量系统,实现犁体轮廓的边缘提取、边缘重构、边缘拟合和数学描述,解决犁体轮廓尤其是热态锻件犁体轮廓测量难的问题,为犁体轮廓的检验、测绘、描述、制造和设计提供了新的途径。

犁体工作曲面测绘犁体工作曲面测绘是一种针对犁体工作表面进行测量和描绘的技术，主要应用于农业机械领域，特别是犁耕机械。

犁体作为犁耕机械的核心部件，其工作曲面对于耕作质量、土壤破碎和翻耕效果具有重要影响。

本文将介绍犁体工作曲面测绘的主要步骤、方法和应用。

一、测绘准备工作在进行犁体工作曲面测绘前，需要做好以下准备工作：1.了解犁体结构：在开始测绘前，需要了解犁体的基本结构、工作原理和特点，以便确定测绘的重点和难点。

2.收集相关资料：收集与犁体相关的技术手册、图纸、说明书等资料，以便对犁体有更全面的了解。

3.准备测量工具：根据需要，准备相应的测量工具，如测量尺、卡尺、百分表等。

4.选择合适的测量方法：根据犁体的结构和特点，选择合适的测量方法，如直接测量法、间接测量法或组合测量法。

二、测绘主要步骤犁体工作曲面测绘的主要步骤如下：1.确定测量基准：根据需要选择合适的测量基准，如平面、圆柱面等。

2.选取测量点：根据犁体的结构和特点，选取具有代表性的测量点。

3.测量工作曲面：使用合适的测量方法，对选取的测量点进行实际测量。

4.数据处理与分析：对测量得到的数据进行整理、分析和处理，得出工作曲面的形状、大小和特征等信息。

5.绘制工作曲面：根据处理后的数据，绘制出犁体的工作曲面。

三、测绘方法及注意事项在犁体工作曲面测绘中，需要注意以下几点：1.测量点的选择要具有代表性，能够反映犁体工作曲面的整体特征。

2.测量方法要准确可靠，能够满足测量精度要求。

3.数据处理要严谨，避免因数据处理不当而导致误差。

4.绘制工作曲面时要注意细节处理，如曲面的平滑度、连续性和美观性等。

四、应用及意义犁体工作曲面测绘技术在农业机械领域具有广泛的应用价值。

通过对犁体工作曲面的测绘，可以获得犁体的详细几何形状和尺寸信息，为犁耕机械的设计、制造和维护提供重要的技术支持。

具体来说，犁体工作曲面测绘的意义包括：1.优化犁体设计：通过对工作曲面的测绘，可以获取犁体的详细几何信息，为进一步优化犁体设计提供依据。

Internal Combustion Engine & Parts• 69 •利用三坐标测量逆向进行模具制作的应用李畅;王继武(秦皇岛技师学院机械加工系，秦皇岛066000)摘要：目前数字化模型的获取有很多方式，其中以三坐标测量获取数据并通过处理转化为数字模型应用最为广泛。

利用三坐标测 量配合实体造型软件的获得反求不规则曲面是目前应用较为广泛的技术手段，本文以模具开发过程为例介绍三坐标测量技术与3D 打印技术配合在曲面特征数字提取过程中的应用。

关键词院三坐标测量;3D打印；数字模型；数据处理;模具开发0引言逆向工程是一种产品设计技术的再现过程，即针对一项目标产品进行逆向分析及演绎，从中总结出它的技术规 格、组织结构、功能特性和处理流程等设计方面的特征，再利用制作技术做出与之有同类功能但不完全一样的产品。

逆向工程的流程如图1所示，其根本目的是在无法获得某产品的重要生产信息时，通过成品分析反向推倒出该产品的设计原理。

本文以小铲子模具开发过程为例介绍三坐标测量技术与3D打印技术配合在逆向反求过程中的应用。

作者简介：李畅（1971-)，男，河北秦皇岛人，一级实习指导教师，本科，研究方向为数控加工；王继武（1979-)，男，河北唐山人，高级讲师，本科学历，硕士学位，研究方向为数控加工。

工件的端面、外圆进行定位。

在进行工件装夹时采用三爪自定心卡盘来实现工件的夹紧。

1411.4刀具选用根据零件的结构特征和加工表面特征进行加工刀具的选用。

外形轮廓多为外圆，还有端面。

因此，选用93。

外圆偏刀进行工件的粗车加工和精车加工，完成上述外形加 工；采用宽度为3mm的切槽刀进行工件两处槽的加工；选用45。

车刀进行倒角。

1.5切削用量的确定①粗加工的主要目的是尽快的将工件表面多余的金 属切削掉，留够精车余量。

因此，进给量和背吃刀量要大，但主轴转速相对较低。

主轴转速选择800r/min，进给量选为0.2m m/r,背吃刀量确定为1.5mm。

三坐标测量机测量曲面的三维绘图法
三坐标测量机测量曲面的三维绘图法
温永新;陈立英;张万才
【期刊名称】《无线电通信技术》
【年(卷),期】2004(030)002
【摘要】介绍和分析了在三坐标测量机上测量曲面解决探头半径引起测量误差的几种常用方法,并提出用三维设计软件,处理三坐标测量机测量曲面的数据.消除了三坐标测量机探头半径引起的测量误差,提高了精度.探讨了三维绘图精度对测量精度的影响.
【总页数】2页(34-35)
【关键词】三坐标测量机;曲面测量;三维绘图法;探头球半径
【作者】温永新;陈立英;张万才
【作者单位】中国电子科技集团公司第54所,石家庄,050081;中国电子科技集团公司第54所,石家庄,050081;中国电子科技集团公司第54所,石家庄,050081【正文语种】中文
【中图分类】TP39
【相关文献】
1.复杂曲面的三坐标测量机采样参数选取 [J], 陈大伟; 陈岳坪; 杨翊; 周晓慧
2.基于三坐标测量机的复杂曲面的逆向工程技术与实践 [J], 黄卫东; 彭小冬
3.基于三坐标测量机的四次EB样条曲线曲面的应用 [J], 陈桦; 任拉萨; 刘昌祺
4.基于三坐标测量机的复杂曲面的重构设计与实现[J], 张玉连; 王晓翠
5.天线回转曲面计算机辅助测量系统--基于Coord3三坐标测量机的回转曲面测量技术 [J], 陆源; 吴锡兴; 苏晓红。

基于三坐标测绘仪的犁体曲面测绘及三维图像生成【摘要】根据三坐标测绘仪,利用逆向工程原理提出一种基于三坐标测绘仪与Pro/ENGINEER软件的犁体曲面测绘与三维实体生成的方法。

利用三坐标测绘仪测量曲面点云数据,再用Pro/E逆向工程生成犁体曲面实体模型。

提高了测量精度,为犁体曲面的优化设计提供了必要的数据参考。

【关键词】三坐标;犁体;Pro/E;逆向工程;测绘1概述耕地作业是发展农业不可缺少的重要环节也是耗能最多的作业项目之一。

尽管目前已有很多学者提出了对犁体曲面的计算机辅助设计模型,但是对于部分成型机理不是单一或者无法确定成型机理的犁体曲面,利用CAD将难以实现。

对于以上情况的犁体曲面,测量其结构参数将成为难以完成的工作,一来无法选用合适的测量仪器,二来测量点数超过50个时,对数据处理的工作量将会很大。

再者,一般的测量仪器的测量精度都比较低,当所得数据不能准确反映曲面的情况的时候,后续的优化设计、光顺性分析等将变得毫无意义。

因此探索一种速度快、精度高、便于优化的犁体曲面测绘方法具有一定的意义。

2点云的采集2.1三坐标测量机测量方案的确定三坐标测量机(Coordinate Measuring Machining,简称CMM)是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。

以下,将以CMM-575手动三坐标测绘仪为例,介绍三坐标测绘仪的使用过程,具体流程见图12.2测量前的硬件准备首先开启三坐标测量仪,保持气动系统的正常工作压力为6MPa。

所以,为了保证系统工作正常,空压机压力一般保证在8MPa以上。

其次,测量机的测量精度测量环境密切相关,它对振动、室内温度以及地基的水平度有相当高的要求。

所以,测量过程,室温应该保证在18—22摄氏度之间。

2.3测量系统设置首先,加载机器模型,该计算机模拟的机器模型能在测量过程模拟实际测头的轨迹,有助于用户观察与对比;机器调零,即标定测头初始位置,加载探头,只有与实际相符的探头测出的数据,才能与实际匹配,因为系统计算轨迹是以Z轴的下端点为动点的,而不同探头有不同的尺寸以及形状,故需要准确构造探头;标定,该操作成为能否保证测量精度的关键。

犁体曲面的测绘方法
犁体是农业生产中常见的耕整工具，它是一种具有弯曲曲面的三维物体。

要准确描述
犁体的几何形状，就需要采用合适的测绘方法。

下面介绍几种常见的犁体曲面的测绘方
法。

第一种方法是使用三角剖分法，即将犁体曲面分割成许多小三角面片，再测量这些三
角片的各个角度和边长，从而计算出整个犁体的表面积和体积。

该方法实现简单，计算精
度高，但需要对犁体进行大量的分割和测量，所以比较耗时。

第二种方法是采用精密加工工具，在犁体表面创建一系列等距的测量点，然后通过这
些测量点的坐标和高度值，绘制出犁体曲面的三维坐标网格，最后通过三维软件平面轮廓
提取等方法计算犁体的表面积和体积。

该方法适合工业生产，精度高，但对加工工具的精
密度和对犁体表面的处理要求较高，成本较高。

第三种方法是使用测量仪器对犁体进行扫描，测绘出其三维形状。

目前市场上已经有
了专门的3D扫描仪，可以实现对复杂曲面的快速高精度测量。

该方法测量速度快，精度高，但需要专门的仪器，成本较高。

以上三种犁体曲面的测绘方法都有各自的优缺点，需要根据具体情况选择合适的方法。

同时，在进行犁体曲面的测绘过程中，需要严格控制测量误差，确保得到准确且精度较高
的测量结果。

接触式三坐标测量自由曲面的数据处理模型1. 前言随着现代工业的快速发展，对产品质量的要求愈加严格，不仅需要符合标准，还需要具备更高的精度和稳定性。

而在制造工艺的过程中，尺寸的测量是至关重要的一环。

为此，三坐标测量仪成为现代制造行业中不可或缺的量测工具之一。

其中，接触式三坐标测量具有高精度、高灵敏度、高可靠性等特点，广泛应用于汽车、航空、电子等行业的尺寸测量和质量控制领域。

在接触式三坐标测量自由曲面时，需要采集海量的点云数据，并进行数据处理和分析，从而获得曲面的几何特征和表面形貌信息。

本文将从数据处理的角度出发，介绍接触式三坐标测量自由曲面的数据处理模型。

2. 数学模型2.1 坐标系接触式三坐标测量自由曲面时，通常采用右手笛卡尔坐标系，其三个轴分别表示X轴、Y轴和Z轴。

其中，X轴表示机器的前后运动方向，Y轴表示机器的左右运动方向，而Z轴则表示垂直于机器底板向上的方向。

2.2 数据采集在接触式三坐标测量自由曲面时，需要安装针形测头，以接触物体表面进行尺寸测量。

针形测头的末端呈锥形状，采集到的点云数据也呈锥形分布。

这些点云数据的坐标值通常表示为(X, Y, Z)，其中X和Y坐标表示针头的水平移动方向，Z坐标则表示测量深度方向。

接触式三坐标测量通常采用扫描式和定点式两种方式。

在扫描式测量中，针头以一定的速度在物体表面上移动，从而采集到大量的点云数据。

而在定点式测量中，针头停留在物体表面的某一点位，进行单点测量。

2.3 曲面拟合在获得了足够多的点云数据后，就需要对其进行曲面拟合，从而得到曲面的数学表达式。

常见的曲面拟合算法有最小二乘法、B样条曲面拟合法、NURBS曲面拟合法等。

其中，最小二乘法是最简单和最常用的曲面拟合方法。

最小二乘法是一种寻找数据点和曲面之间最小平方距离的方法。

通常将曲面表示为一系列基函数的线性组合形式，通过最小化残差平方和的方法求解参数，得到曲面的数学表达式。

2.4 数据处理曲面拟合后，需要对得到的曲面数据进行处理和分析。

测绘技术中的摄影测量立体模型生成方法摄影测量是一种通过摄影机和影像数据进行空间测量的技术。

在测绘领域，摄影测量被广泛应用于制作立体模型，以获取物体的三维几何信息。

本文将介绍几种常见的摄影测量立体模型生成方法。

一、立体模型生成方法概述立体模型生成主要包括影像预处理、像点的提取与匹配、相对定向和绝对定向、模型构建和模型验证等步骤。

其中，影像预处理是对采集的影像进行去噪、镜头畸变校正等处理；像点的提取与匹配是将影像中的像素点提取出来，并通过各种算法将不同视角下对应的像点进行匹配；相对定向和绝对定向是确定像点的空间坐标，以及建立影像坐标系与实际世界坐标系的转换关系；模型构建是基于像点坐标和相对定向参数生成三维模型；模型验证是通过各种验证手段对生成的模型进行准确性评估。

二、特征点提取与匹配算法特征点提取与匹配是摄影测量立体模型生成的关键步骤。

特征点提取算法可以根据图像的灰度、梯度等特征来检测出影像中的关键点。

常用的特征点提取算法有SIFT算法、SURF算法和FAST算法等。

特征点匹配算法可以通过计算特征点的描述子，比较不同视角下的特征点的相似度，从而实现匹配。

常用的特征点匹配算法有基于距离比值的匹配算法和基于投影约束的匹配算法。

三、相对定向和绝对定向相对定向是确定像点的空间坐标的过程。

其主要通过计算不同视角下的影像的外方位元素（旋转矩阵和平移向量），以及内方位元素（焦距和主点坐标）来实现。

外方位元素可以通过摄影测量仪器和标定板进行测量，而内方位元素可以通过相机的校准参数进行估计。

通过相对定向，可以将不同视角下的像点转换为统一的坐标系中的空间坐标。

绝对定向是建立影像坐标系与实际世界坐标系的转换关系。

在进行绝对定向之前，需要获取至少三个已知地面控制点的空间坐标。

通过标定板或GPS测量等手段，可以获得这些控制点的空间坐标。

通过对控制点的像点坐标和空间坐标进行配准，可以建立影像坐标系与实际世界坐标系的转换关系。

四、立体模型构建立体模型构建是根据像点的空间坐标和相对定向参数生成三维模型的过程。

如何利用测绘技术实现三维地图的生成和可视化随着科技的发展，我们越来越依赖于地图来获取位置信息和导航指引，而传统的二维地图已经无法满足我们对于地理信息的需求。

为了更准确地表达地理空间的复杂性，三维地图的生成和可视化成为了一个重要的课题。

本文将探讨如何利用测绘技术实现三维地图的生成和可视化。

一、激光测绘技术的应用激光测绘技术是生成三维地图的核心工具之一。

它利用激光束在地面上扫描并测量物体的位置信息，通过回波时间和入射角度计算得到物体的三维坐标。

这种技术具有高精度、高速度和无接触的特点，被广泛应用于航空摄影、地质勘探和城市规划等领域。

二、卫星遥感技术的发展卫星遥感技术是另一种重要的三维地图生成工具。

通过卫星上的多光谱传感器获取地表的遥感图像，结合地形和地物信息，可以生成真实的三维地图。

近年来，卫星遥感技术得到了快速发展，卫星的分辨率和数据处理能力大幅提高，使得生成高精度的三维地图成为可能。

三、数据处理和模型重建在获得了激光测绘或卫星遥感数据后，接下来的关键是对这些数据进行处理和模型重建。

数据处理包括数据校正、点云配准和滤波等步骤，旨在提高数据的精度和准确性。

模型重建则是将离散的点云数据转化为连续的地理模型，这包括曲面拟合、三角剖分和纹理贴图等操作。

四、可视化技术的应用三维地图的生成只是第一步，将地图可视化展示给用户才是最终目标。

可视化技术包括渲染算法、虚拟现实技术和交互设计等方面。

渲染算法用于实现地图的真实感和逼真感，例如阴影效果和纹理映射。

虚拟现实技术使用户能够沉浸在三维地图中，例如通过头戴式显示器或虚拟现实眼镜。

交互设计则是为用户提供方便的操作界面和交互方式，例如手势识别和触摸屏。

五、三维地图的应用领域三维地图的应用领域广泛，涵盖城市规划、交通导航、教育和游戏等多个领域。

在城市规划方面，三维地图可以提供更真实的地理空间信息，方便规划师评估建筑物的高度、分布和影响。

在交通导航方面，三维地图可以提供更准确的导航路线和真实的地标显示，提高驾驶员的导航体验。