陳立龍，汪勇，吳慶坤

中國(guó)建筑第二工程局有限公司

曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的定位與分析

陳立龍，汪勇，吳慶坤

中國(guó)建筑第二工程局有限公司

曲面結(jié)構(gòu)的測(cè)量工作是測(cè)量工程中的難點(diǎn)部分，其在曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中表現(xiàn)的尤為突出。在曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量過(guò)程中除了要借助一些相關(guān)軟件以外，還要掌握精準(zhǔn)的定位方法和技巧，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。鑒于此，本文探討的核心內(nèi)容是曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的定位及其相關(guān)問(wèn)題。

曲面結(jié)構(gòu)；測(cè)量工作；定位；分析

引言

曲面結(jié)構(gòu)實(shí)體的測(cè)量工作一般會(huì)借助曲面測(cè)量?jī)x完成，其主要測(cè)量的點(diǎn)包括一些轉(zhuǎn)角處、拔模程度和旋轉(zhuǎn)坡度等。曲面結(jié)構(gòu)模型的測(cè)量工作則是在一些三維軟件和平面繪圖軟件中完成，在測(cè)量過(guò)程中還會(huì)引入一些數(shù)學(xué)模型，從而提高其測(cè)量的準(zhǔn)確性。從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，幾乎沒(méi)有針對(duì)曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的定位和分析的相關(guān)研究文獻(xiàn)。因此，本文對(duì)其的研究是彌補(bǔ)了行業(yè)空白，具有重要的指導(dǎo)意義。

1 曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量的方法探討

鑒于曲面結(jié)構(gòu)的多樣性，本文主要以自由曲面為例說(shuō)明曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的一般方法。在測(cè)量過(guò)程中涉及到的關(guān)鍵步驟包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：1.建立自由曲面的定位與安裝基準(zhǔn)；2.對(duì)自由曲面的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；3.建立自由曲面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件；4.修改點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；5.啟動(dòng)UG系統(tǒng)，進(jìn)入插入菜單中的曲線選項(xiàng)[1]。

在測(cè)量過(guò)程中需要借助測(cè)量?jī)x對(duì)自由曲面的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量過(guò)程中要保證一定的測(cè)量次數(shù)和關(guān)鍵點(diǎn)選擇的代表性，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。鑒于其要與UG系統(tǒng)建立鏈接，因此在建立UG點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)要遵循以下基本原則：1.點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是每行一個(gè)點(diǎn)，每行數(shù)據(jù)包含點(diǎn)的三維坐標(biāo)值；2.輸入的數(shù)據(jù)文件為簡(jiǎn)單的文本文件；3.數(shù)據(jù)文件的空行被忽略；4.#號(hào)用于標(biāo)記注釋行的開(kāi)始，#號(hào)后所有行被忽略；5.行的最大長(zhǎng)度是132個(gè)字符，超過(guò)的部分?jǐn)?shù)據(jù)被截?cái)唷?/p>

在進(jìn)入U(xiǎn)G系統(tǒng)以后，首先進(jìn)入插入菜單中的曲面選項(xiàng)，通過(guò)點(diǎn)擊樣條，進(jìn)入到曲面結(jié)構(gòu)的對(duì)話框，通過(guò)選擇“通過(guò)點(diǎn)”的選項(xiàng)，進(jìn)入到構(gòu)造擬合曲面對(duì)話框。在其基礎(chǔ)上通過(guò)點(diǎn)生成樣條對(duì)話框，點(diǎn)擊文件中的點(diǎn)，進(jìn)入到文件選取對(duì)話中選擇所需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件，構(gòu)建出與點(diǎn)云數(shù)據(jù)相配的擬合曲線。在獲取到構(gòu)造曲線相關(guān)信息以后，對(duì)這些信息進(jìn)行理論分析，隨后進(jìn)入到編輯菜單中的曲面選項(xiàng)，通過(guò)各種曲線的編輯方法，對(duì)擬合曲線進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹Ｍㄟ^(guò)上述相同的流程繪制出第二條或多條曲線，曲線繪制完成以后點(diǎn)擊插入菜單中的掃掠選項(xiàng)形成所需測(cè)量的曲面[2]。

通過(guò)頁(yè)面可以得到較為詳細(xì)的曲面信息，從而便于對(duì)其進(jìn)行分析和測(cè)量，對(duì)曲面進(jìn)行再設(shè)計(jì)時(shí)需要獲取新的點(diǎn)數(shù)據(jù)，修正已建造曲面結(jié)構(gòu)。在曲面信息基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行增厚處理，形成實(shí)體的曲面。形成實(shí)體曲面以后，通過(guò)軟件內(nèi)的測(cè)量工具，對(duì)其相關(guān)部位進(jìn)行測(cè)量，從而保證測(cè)量值在誤差允許的范圍內(nèi)。

上述曲面結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法是通過(guò)建模完成的，在測(cè)量過(guò)程中值得注意和關(guān)注的步驟在于對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量和點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形成，這些環(huán)節(jié)直接關(guān)系到測(cè)量工作的信度和效度。

2 曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的定位

曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的定位是保證精準(zhǔn)測(cè)量曲面結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)，由于自由曲面是一種極難定義和加工的幾何元素，其無(wú)法像一般規(guī)則的幾何元素一樣，通過(guò)有限參數(shù)給出精確的定義，而是需要借助一些現(xiàn)代軟件技術(shù)和精準(zhǔn)的定位技術(shù)保證其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的定位技術(shù)主要是通過(guò)一些夾具，但是其難以保證定位的準(zhǔn)確性，同時(shí)還耗費(fèi)了大量的人力和物力。傳統(tǒng)定位技術(shù)的實(shí)施下，在人為和環(huán)境因素等的影響下會(huì)形成一定的定位誤差，正是這種誤差的存在使得曲面結(jié)構(gòu)的測(cè)量坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)之間存在一定的偏差。因此，曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的定位技術(shù)急需改善[3]。

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，各種軟件的出現(xiàn)為曲面結(jié)構(gòu)測(cè)量工作的定位提供了更多可能性。為了使曲面結(jié)構(gòu)與檢測(cè)平臺(tái)形成較為科學(xué)的針對(duì)性和合理性，需要在曲面結(jié)構(gòu)上確定一個(gè)唯一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)可以代替整個(gè)曲面構(gòu)件，一般會(huì)選擇在曲面結(jié)構(gòu)的質(zhì)心處。在定位過(guò)程中，主要以執(zhí)行作為測(cè)量坐標(biāo)系的源點(diǎn)，以曲面結(jié)構(gòu)的最小慣性軸所在直線的方向?qū)η娼Y(jié)構(gòu)方向進(jìn)行標(biāo)識(shí)，從而形成較為精準(zhǔn)的測(cè)量定位技術(shù)[4]。

這種定位技術(shù)的難點(diǎn)在于準(zhǔn)確測(cè)量到曲面結(jié)構(gòu)的執(zhí)行，并形成執(zhí)行的數(shù)學(xué)模型。在其基礎(chǔ)上結(jié)合CAD或CIM軟件對(duì)其進(jìn)行建模，既可以通過(guò)CAD投影圖實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確定位。在定位技術(shù)作用的過(guò)程中要保證初定為和精準(zhǔn)定位的密切配合，即在初定位的過(guò)程中首先要通過(guò)傳統(tǒng)的定位銷或者一些定位卡具對(duì)曲面結(jié)構(gòu)的空間位置進(jìn)行限定，然后在通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)曲面結(jié)構(gòu)上的自由度進(jìn)行有效檢測(cè)，將其與CAD模型之間存在的偏差測(cè)量出來(lái)。在精定位和初定位結(jié)合的過(guò)程中可以有效的保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

結(jié)論

綜上所述，本文主要分析了曲面結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法和自由曲面在測(cè)量過(guò)程中如何保證準(zhǔn)確的定位，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量的信度和效度。曲面結(jié)構(gòu)與一般線性結(jié)構(gòu)之間存在著本質(zhì)的區(qū)別，其測(cè)量過(guò)程與結(jié)構(gòu)復(fù)雜性相當(dāng)，因此在測(cè)量過(guò)程中首先要通過(guò)初定為和精定位的結(jié)合，保證定位的準(zhǔn)確性，再通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量結(jié)合適用軟件完成對(duì)其的測(cè)量。

[1]劉桂華.基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的大型復(fù)雜曲面三維光學(xué)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué),2012.

[2]沈華.基于多重傾斜波面的光學(xué)自由曲面非零位干涉測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京理工大學(xué),2014.

[3]張維忠.基于多幅圖像的空間點(diǎn)定位與曲線結(jié)構(gòu)三維重建[D].南京航空航天大學(xué),2007.

[4]彭悅.扭曲自由曲面的測(cè)量數(shù)據(jù)處理與誤差評(píng)定方法研究[D].天津大學(xué),2013.