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系統識別號 U0002-3006200503070200
中文論文名稱 精密三次元量測於全曲面模型之重建
英文論文名稱 The Reconstruction of Entire Surface Model by Using Precision Coordinate Measuring Machine.
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 徐久嵐
研究生英文姓名 Chiu-Lan Hsu
學號 692370157
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-22
論文頁數 138頁
口試委員 指導教授-陳步偉
委員-劉建浩
委員-張永康
中文關鍵字 三次元量測  逆向工程  CAD模型重建 
英文關鍵字 three dimensional measurement  reverse engineering  CAD model reconstruction 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 三次元量測設備已成為精密產業各個層面使用上不可或缺的工具,特別在量測方面的運用,如確認所製造的產品其外形尺寸符合設計藍圖所要求的標準;在另一方面,三次元量測設備亦為發展逆向工程技術之主要的配備,逆向工程技術在我國精密產業發展之過程中佔了極為重要的角色,兩者合併使用的方式主要為將三次元量床所取得的點群資料,轉換成面群資料,再轉換成CAD可讀取的資訊,並在逆向工程軟體上做曲面與曲線的分割、結合與修補的工作,如此可得原始模型的三維資訊。
因此本研究主要利用三次元精密量床,使用接觸式探頭以檢測本實驗之待測物,包括幾何工件、一般機械工件以及滑鼠外殼。本研究將針對以上三個不同樣本,再使用逆向工程的方法做原始構型的3D尺寸三維模型重建。
英文摘要 Three dimensional measuring equipment had become the indispensable tool. It is used in each aspect of the precision manufacturing industry, especially in measuring, such as confirming the external dimension and size of products. That is compliance with the blueprint. On the other hand, three dimensional measuring equipment is also the major equipment that can develop reverse engineering technology. Reverse engineering technology has taken an extremely important role in the course of development of precision manufacturing industry in our country. Combining with reverse engineering and is transforming point model that got from three dimensional measuring equipment to surface model and then compiles as the information that could be read by CAD. The information is then cut apart, combined and amended between curves using reverse engineering software to get the three-dimensional information of the primitive model.
Thus, this research mainly utilizes Coordinate Measuring Machine (CMM). Parts to be measured include geometric models, standard mechanical models, and envelope of mouse. This research will measure above three different samples to rebuild their primitive model in three dimension by reverse engineering technology.
論文目次 目錄

中文摘要…………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………………ii
目錄……………………………………………………………………iv
圖目錄…………………………………………………………………vi
表目錄…………………………………………………………………ix

第一章、緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 3
1.3研究目的 5
1.4文獻回顧 6
1.5研究方法 12

第二章、三次元量測硬體架構及運用 14
2.1型式介紹 14
2.2硬體介紹 15
2.2.1驅動方式 15
2.2.2導引方式 16
2.2.3測長系統 18
2.3探頭介紹 19
2.3.1機械式探頭 20
2.3.2觸發式探頭 21
2.3.3掃描式探頭 22
2.3.4雷射探頭 24
2.4三次元探頭校正 26
2.4.1量測探頭校正法 27

第三章、量測方法原理與數學模式 30
3.1三次元量測法 30
3.1.1接觸式量測 31
3.1.2非接觸式量測 33
3.1.3接觸式與非接觸式三次元量測之比較 34
3.2量測路徑規劃 37
3.3曲線與曲面之數學模式 39
3.3.1 Bezier曲線 40
3.3.2 B-Spline曲線 44
3.3.3 NURBS曲線 49
3.3.4舉升曲面 (Loft Surface) 53
3.3.5掃瞄曲面 (Sweep Surface) 54
3.4曲線與曲面建構 55
3.4.1曲線接合法 55
3.4.2曲面與曲線接合連續性 57

第四章、實驗設計 60
4.1實驗設備 60
4.2軟體功能 65
4.3實驗設計與結果 70
4.3.1基本幾何形狀半圓形工件 70
4.3.2機械工件 105
4.3.3滑鼠 118

第五章、結論 133

參考文獻 135

圖目錄

圖1-1三次元基本量測技術 7
圖1-2逆向工程處理流程圖 10
圖2-1三次元量床型式 14
圖2-2滾動軸承導引 16
圖2-3空氣軸承導引 17
圖2-4滾珠或滾子式引導 17
圖2-5探頭的型式 19
圖2-6機械式探頭 20
圖2-7觸發式探頭示意圖 21
圖2-8觸發式探頭內部構造 22
圖2-9掃描式探頭示意圖 23
圖2-10掃描式探頭 23
圖2-11雷射探頭 25
圖2-12三角量測法 25
圖2-13不同直徑與形狀之探頭 27
圖2-14校正標準球 28
圖2-15標準球之校正 28
圖2-16球體量測法 29
圖3-1三次元量測法分類表 30
圖3-2接觸式探頭 31
圖3-3量測路徑 37
圖3-4不規則邊界之量測路徑比較圖 38
圖3-5不同控制點建構的Bezier曲線 40
圖3-6 Bezier曲線的基底函數(degree,n=3) 41
圖3-7 Bezier curve 42
圖3-8移動一個控制點造成Bezier曲線全域變化 43
圖3-9三階Bezier曲面和其控制點網格 44
圖3-10控制點對曲線的局部影響 45
圖3-11階數對曲線的影響 46
圖3-12控制點重複對曲線的影響 46
圖3-13由空間點繪製成曲面 49
圖3-14加權值 (Weight) 對曲線的影響 51
圖3-15 Bezier函數、B-Spline函數和NURBS函數的關係 52
圖3-16內插法建構之曲線 56
圖3-17近似法建構之曲線 57
圖3-18曲線連接之連續性條件 59
圖4-1本研究使用之三次元量床 61
圖4-2本實驗儀器之驅動系統 62
圖4-3本實驗儀器之導引系統 63
圖4-4本實驗儀器之量測平台 64
圖4-5本實驗儀器使用之量測探頭 64
圖4-6半圓形工件實物照片 (半徑15mm) 68
圖4-7機械工件實物照片 68
圖4-8電腦滑鼠實物照片 68
圖4-9實驗流程圖 69
圖4-10半圓形工件之實驗流程圖 71
圖4-11半圓形工件之實物照片與CAD模型 (半徑15mm) 72
圖4-12半圓形工件之藍圖 (半徑15mm) 73
圖4-13橫向/縱向量測路徑 73
圖4-14階梯式量測方法 74
圖4-15連續性的量測方式 74
圖4-16 5x5矩陣點群資料和曲面示意圖 (半徑15mm) 75
圖4-17 6x6矩陣點群資料和曲面示意圖 (半徑15mm) 76
圖4-18 7x7矩陣點群資料和曲面示意圖 (半徑15mm) 76
圖4-19 8x8矩陣點群資料和曲面示意圖 (半徑15mm) 77
圖4-20 9x9矩陣點群資料和曲面示意圖 (半徑15mm) 77
圖4-21 5x5矩陣建構圓弧一到圓弧五曲線 78
圖4-22內插法與近似法曲線建構半徑誤差百分比 (半徑15mm) 81
圖4-23量測端點探頭位置示意圖 84
圖4-24內插法與近似法去除端點半徑誤差百分比 (半徑15mm) 87
圖4-25加工精度界限 89
圖4-26不同曲率半圓形工件之實物照片與CAD模型 (半徑10mm) 91
圖4-27不同曲率半圓形工件之藍圖 (半徑10mm) 91
圖4-28矩陣點群資料和曲面示意圖 (半徑10mm) 93
圖4-29內插法與近似法曲線建構半徑誤差百分比 (半徑10mm) 96
圖4-30不同半徑工件的誤差百分比之比較 98
圖4-31內插法與近似法去除端點半徑誤差百分比 (半徑10mm) 101
圖4-32不同半徑工件 (去除端點) 的誤差百分比之比較 103
圖4-33機械工件之實驗流程圖 106
圖4-34機械工件之實物照片 107
圖4-35機械工件之藍圖 107
圖4-36機械工件之曲面分割示意圖 108
圖4-37機械工件之點群資料曲面示意圖 109
圖4-38機械工件之近似法建構曲線 110
圖4-39探頭長度限制 112
圖4-40機械工件疊層重建之曲面 (上下緣位置不同) 113
圖4-41機械工件疊層重建曲面之上視圖 113
圖4-42機械工件疊層重建曲面混成連接 114
圖4-43機械工件疊層重建曲面混成連接之上視圖 114
圖4-44機械工件曲面修剪上下邊緣 115
圖4-45機械工件之投影曲線至參考面 115
圖4-46機械工件之曲線連接嵌合 116
圖4-47機械工件之掃掠曲面 117
圖4-48滑鼠之實物照片 119
圖4-49滑鼠之實驗流程圖 120
圖4-50滑鼠之曲面分割示意圖 121
圖4-51旋轉滑鼠示意圖 121
圖4-52滑鼠之點群資料曲面示意圖 122
圖4-53以近似法建構滑鼠各曲面上之橫向/縱向曲線 123
圖4-54滑鼠建構網狀曲面示意圖 123
圖4-55滑鼠之網狀曲面 124
圖4-56旋轉後之滑鼠曲面 125
圖4-57滑鼠CAD模型 125
圖4-58滑鼠原始曲面與建構曲面重疊比較 127
圖4-59滑鼠之上曲面曲率分析 128
圖4-60滑鼠之側曲面曲率分析 129
圖4-61滑鼠之前曲面曲率分析 130
圖4-62滑鼠之後曲面曲率分析 131

表目錄

表3-1三次元量測儀接觸式與非接觸式之比較表 36
表4-1三次元量床規格 60
表4-2半徑15mm工件之量測半徑值 (內插法) 79
表4-3半徑15mm工件之量測半徑值 (近似法) 80
表4-4半徑15mm工件之去除端點量測半徑值 (內插法) 85
表4-5半徑15mm工件之去除端點量測半徑值 (近似法) 86
表4-6半徑10mm工件之量測半徑值 (內插法) 94
表4-7半徑10mm工件之量測半徑值 (近似法) 95
表4-8半徑10mm工件之去除端點量測半徑值 (內插法) 99
表4-9半徑10mm工件之去除端點量測半徑值 (近似法) 100
表4-10機械工件之量測半徑平均值 111
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