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1、实验目的、 了解三坐标测量机系统的组成、基本原理及其使用方法； 了解曲线和曲面三维测量的基本原理和掌握基本测量方法； 学会采用三维坐标测量机系统对曲线和曲面的测量和分析方法; 学会用反求创新设计的方法。二、实验仪器设备三坐标测量机型号：青岛英柯ZC866H固定桥式三坐标测量机测量范围：1000 X 600 X 600mm精度：1.4p m测量精度：1.5+3.3L/1000|J m测头：PH10M （接触式）实验对象：电话筒实验软件：Powershape， zbrush， keyshot三、：实验原理从工程技术角度看，根据反求对象的不同，反求设计可分为实物反求、软件反 求和影像反求三类。另外还
2、包括现代发展起来的计算机辅助反求设计与快速成形 技术。再设计阶段：是一个创新设计阶段，包括变异设计和开发设计。在对原产 品进行反求分析的基础上，开发出符合市场需求的新产品的过程，称为“再设计”。 变异设计就是在现有的产品基础上对参数、机构、结构、材料等改进设计，或进 行产品的系列化设计。开发设计就是在分析原有的产品基础上，抓住功能的本质， 从原理方案开始进行创新设计。本实验为实物反求，顾名思义它是在已有实物条件下，通过试验、测绘和详细 分折，再创造出新产品的过程。其中包括功能、性能、方案、结构、材质、精度、 使用规范等众多方面的反求。实物反求对象可以是整机、部件组件和零件。通常 实物反求的对象
3、大多是比较先进的设备、产品，包括从国外引进的先进设备、产 品和国内的先进产品。实物反求应用于技术引进的硬件模式中，是以扩大生产能 力为主要目的，在此基础之上，开发创新新的产品。实物反求设计有如下特点：具有形象直观的实物；可对产品的性能、功能、材 料等直接进行测试分析，获得详细的产品技术资料；可对产品各组成部分的尺寸 直接进行测试分析，获得产品的尺寸参数；起点高，缩短了产品的开发周期；实 物样品与新产品之间有可比性，有利于提高新产品开发的质量。实物反求设计过程如图1所示，从设计过程可以看出，实物反求设计的创新性可以体现在产品设 计中的许多方面：设计思想、方案选择、零部件结构设计、尺寸公差设计、材
4、料 选择、工艺设计等都有设计师发挥创造的空间。图1实物反求设计过程青岛英柯ZC1066H的使用原理本实验使用青岛英柯ZC1066H三坐标测量机完成，其基本原理就是通过探测 传感器（探头）与测量空间轴线运动的配合，对几何元素进行离散的空间点位置 的获取，然后通过一定的数学计算，完成对所测得点（点群）的分析拟合，最终 还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值（名义值）之间的偏差， 从而完成对被测零件的检验加工。图2三坐标测量机系统原理框图四、实验内容1、实验准备阶段 将PH10M测头连接在三坐标测量机（含操纵杆）上，保持与探头接口、探 头控制器、计算机等接口的通讯畅通，并调试好全部设备；
5、准备好实验所需的测量对象，本实验以电话筒为例 将工件夹持台安放在三坐标测量机工作台上，然后用橡皮泥将被测电话筒 固定在工件夹持台上。2、数据采集阶段 启动三坐标测量机的电源，同时打开计算机并进入EZ-DMIS软件界面，然 后检查所有设备接口通讯并保持畅通。 通过标定球（已放在三坐标测量机工作台上）对PH10M测头进行标定。 操纵手柄，将测头移到测量的起始点附近，准备开始测量。继续转动操纵 杆使测头逼近并轻触测量起始点，同时在计算机显示屏上便出现采集的数据点坐 标值。采集的数据见附表。 将所有点的数据保存为*.out文件格式。3、数据处理阶段 采集数据的前处理：将采集的数据点的文件格式*.out
6、改成*.doc，使用 word打开将文件里面多余的描述删去，只保留坐标数值，然后将数据点的文件格 式*.doc改成*.xyz，使用软件powershape打开该数据点文件，去除部分坏点，如 图3所示。图3数据的导入 曲线的拟合：点云拟合成多条曲线（图4）。图4边界点云拟合后的曲线 曲线的优化：通过软件进行曲率梳分析，可以清楚的观察到曲线曲率变化不均 匀的点，通过对这些点的位置优化实现曲率均匀化，如图5所示：图5曲率梳分析及优化 得到初模型：通过点云数据及曲线进行曲面重构，得到初期模型，如图6所示:图6电话筒的外表面上半部分 补齐电话筒背面部分，将初模型导入工艺品外观造型雕刻软件zbrush 进
7、行网格的进一步细分、局部光顺，残缺面的缝补，细节雕刻造型，得到模型外表面，如图7所示:图7实体化电话筒模型 创新设计：传统的座机电话存在重量偏大，手握不方便，外感不够时尚 等缺点，借鉴门把手的思路，将电话中间手握部分设计成类似于门把手的形状，过渡部分进行棱角的圆滑，既能降低重量，手持也方便，同时注意流线感，增加外观的时尚性，图8是产品外观的改进模型，图9是效果图:图8改进后的产品外观图9产品外观效果图五、实验数据本次实验采集到的数据见附录。六、数据处理及结果分析在采集数据后，对数据进行了前期处理，根据模型的外观进行初步的坏点去 除，然后根据曲率梳分析找到了曲率变化不均匀的点，从而进行了曲线的优
8、化， 保证得到的模型外观更加的光顺，避免模型表面畸点的出现，通过得到的点与轮 廓线逆向得到了模型，由于点云数据量小，所以对于模型表面进行了网格细化的 处理，然后是网格的光顺，最后是根据产品外观图对于逆向缺失的部分进行细节 的雕刻得到最终模型。附录：实验数据-519.1910 -111.8168 -289.8449-527.5104 -128.2250 -282.5874-524.9077 -117.6959 -285.1142-522.6904 -114.5172 -287.1149-515.6501 -110.1281 -292.3769-511.8062 -109.3096 -294.69
9、96-507.9791 -108.4659 -296.9931-503.1223-490.6394-484.6075-478.5839-470.8009-459.0929-448.4763-440.1702-434.0621-427.8730-422.3324-416.4717-411.3418-405.3444-401.7278-398.5122-396.8287-394.0061-391.2522-386.4827-381.7082-376.7489-371.1535-365.7023-363.5857-360.5486-357.7684-355.4056-353.0748-351.743
10、6-351.6316-350.6353-351.2123-351.4317-352.0461-354.0610-356.7924-359.9329-364.3175-370.0359-376.4834-383.3411-389.4959-393.0906-396.4314-398.9240-401.5930-407.8549-413.4142-420.0063-432.0443-444.6666-461.8796-466.3472-479.9491-488.3851-495.1281-500.6353-108.2927 -299.1593-106.2899 -304.0630-505.3376
11、 -148.6738-509.4991 -148.1183-106.2918 -305.3676-514.1107 -147.2271-106.2929 -306.4264-518.0446 -145.7891-105.8002 -307.4999-520.6320 -145.0097-105.0649 -308.6114-524.1259 -142.7540-104.2498 -309.2335-525.6833 -139.4325-103.9414 -309.4443-527.4564 -135.3638-103.5930 -309.2989-527.2243 -131.1843-102.
12、8476 -309.4647-523.2210 -116.6669-102.8565 -308.8089-517.5430 -116.5096-102.8598 -307.9483-512.5902 -116.5512-102.8614 -307.2601-503.7153 -116.5514-102.8586 -305.0710-496.6386 -116.5550-102.8601 -302.3607-490.6288 -116.5533-102.8621 -298.4594-479.8776 -116.5528-102.8622 -295.9287-467.1662 -116.5538-
13、102.9723 -293.9884-453.1723 -116.5486-102.9233 -292.9860-441.6434 -116.5519-103.0545 -291.5737-429.4003 -116.5550-103.3113 -290.3561-420.1164 -116.5556-103.1177 -289.5093-414.1843 -116.5548-103.1106 -288.6183-409.0493 -116.5542-102.5732 -288.4280-405.6618 -116.5525-102.5791 -288.5936-404.2939 -116.5
14、550-102.8463 -289.1138-401.9829 -116.5541-105.1317 -288.5927-400.4915 -116.5570-106.6246 -288.9050-399.3232 -116.5538-110.2573 -288.6916-397.9311 -116.5534-112.6219 -289.3961-395.4881 -116.5540-116.6806 -289.2258-391.8746 -116.5546-119.8645 -290.2375-389.2662 -116.5543-128.0565 -288.8100-383.8576 -1
15、16.5534-131.4283 -288.8090-379.0047 -116.5541-135.6928 -288.8085-373.3513 -116.5499-140.0962 -288.8090-367.6365 -116.5571-143.0835 -288.8131-364.0733 -116.5550-144.3247 -288.8115-360.6802 -116.5563-145.1336 -288.8121-357.5324 -116.5550-145.7447 -289.9790-354.1709 -116.5543-146.0590 -291.1431-351.8418 -116.5
