曲面結構測量工作的定位與分析

陳立龍，汪勇，吳慶坤

中國建筑第二工程局有限公司

曲面結構測量工作的定位與分析

陳立龍，汪勇，吳慶坤

中國建筑第二工程局有限公司

曲面結構的測量工作是測量工程中的難點部分，其在曲面結構設計過程中表現的尤為突出。在曲面結構測量過程中除了要借助一些相關軟件以外，還要掌握精準的定位方法和技巧，從而保證測量的準確性。鑒于此，本文探討的核心內容是曲面結構測量工作的定位及其相關問題。

曲面結構；測量工作；定位；分析

引言

曲面結構實體的測量工作一般會借助曲面測量儀完成，其主要測量的點包括一些轉角處、拔模程度和旋轉坡度等。曲面結構模型的測量工作則是在一些三維軟件和平面繪圖軟件中完成，在測量過程中還會引入一些數學模型，從而提高其測量的準確性。從目前的研究現狀來看，幾乎沒有針對曲面結構測量工作的定位和分析的相關研究文獻。因此，本文對其的研究是彌補了行業空白，具有重要的指導意義。

1 曲面結構測量的方法探討

鑒于曲面結構的多樣性，本文主要以自由曲面為例說明曲面結構測量工作的一般方法。在測量過程中涉及到的關鍵步驟包括以下幾個方面的內容：1.建立自由曲面的定位與安裝基準；2.對自由曲面的關鍵點進行測量；3.建立自由曲面的點云數據文件；4.修改點云數據結構；5.啟動UG系統，進入插入菜單中的曲線選項[1]。

在測量過程中需要借助測量儀對自由曲面的關鍵點進行測量，在測量過程中要保證一定的測量次數和關鍵點選擇的代表性，從而保證測量的準確性。鑒于其要與UG系統建立鏈接，因此在建立UG點云數據結構時要遵循以下基本原則：1.點的數據結構是每行一個點，每行數據包含點的三維坐標值；2.輸入的數據文件為簡單的文本文件；3.數據文件的空行被忽略；4.#號用于標記注釋行的開始，#號后所有行被忽略；5.行的最大長度是132個字符，超過的部分數據被截斷。

在進入UG系統以后，首先進入插入菜單中的曲面選項，通過點擊樣條，進入到曲面結構的對話框，通過選擇“通過點”的選項，進入到構造擬合曲面對話框。在其基礎上通過點生成樣條對話框，點擊文件中的點，進入到文件選取對話中選擇所需要的點云數據文件，構建出與點云數據相配的擬合曲線。在獲取到構造曲線相關信息以后，對這些信息進行理論分析，隨后進入到編輯菜單中的曲面選項，通過各種曲線的編輯方法，對擬合曲線進行適當的修改。通過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擊插入菜單中的掃掠選項形成所需測量的曲面[2]。

通過頁面可以得到較為詳細的曲面信息，從而便于對其進行分析和測量，對曲面進行再設計時需要獲取新的點數據，修正已建造曲面結構。在曲面信息基礎上，對其進行增厚處理，形成實體的曲面。形成實體曲面以后，通過軟件內的測量工具，對其相關部位進行測量，從而保證測量值在誤差允許的范圍內。

上述曲面結構的測量方法是通過建模完成的，在測量過程中值得注意和關注的步驟在于對關鍵點的測量和點云數據結構的形成，這些環節直接關系到測量工作的信度和效度。

2 曲面結構測量工作的定位

曲面結構測量工作的定位是保證精準測量曲面結構的重要依據，由于自由曲面是一種極難定義和加工的幾何元素，其無法像一般規則的幾何元素一樣，通過有限參數給出精確的定義，而是需要借助一些現代軟件技術和精準的定位技術保證其測量結果的準確性。傳統的定位技術主要是通過一些夾具，但是其難以保證定位的準確性，同時還耗費了大量的人力和物力。傳統定位技術的實施下，在人為和環境因素等的影響下會形成一定的定位誤差，正是這種誤差的存在使得曲面結構的測量坐標與設計坐標之間存在一定的偏差。因此，曲面結構測量工作的定位技術急需改善[3]。

隨著信息時代的發展，各種軟件的出現為曲面結構測量工作的定位提供了更多可能性。為了使曲面結構與檢測平臺形成較為科學的針對性和合理性，需要在曲面結構上確定一個唯一點，這個點可以代替整個曲面構件，一般會選擇在曲面結構的質心處。在定位過程中，主要以執行作為測量坐標系的源點，以曲面結構的最小慣性軸所在直線的方向對曲面結構方向進行標識，從而形成較為精準的測量定位技術[4]。

這種定位技術的難點在于準確測量到曲面結構的執行，并形成執行的數學模型。在其基礎上結合CAD或CIM軟件對其進行建模，既可以通過CAD投影圖實現對曲面結構的準確定位。在定位技術作用的過程中要保證初定為和精準定位的密切配合，即在初定位的過程中首先要通過傳統的定位銷或者一些定位卡具對曲面結構的空間位置進行限定，然后在通過測量系統對曲面結構上的自由度進行有效檢測，將其與CAD模型之間存在的偏差測量出來。在精定位和初定位結合的過程中可以有效的保證測量的準確性。

結論

綜上所述，本文主要分析了曲面結構的測量方法和自由曲面在測量過程中如何保證準確的定位，從而實現測量的信度和效度。曲面結構與一般線性結構之間存在著本質的區別，其測量過程與結構復雜性相當，因此在測量過程中首先要通過初定為和精定位的結合，保證定位的準確性，再通過關鍵點的測量結合適用軟件完成對其的測量。

[1]劉桂華.基于計算機視覺的大型復雜曲面三維光學測量關鍵技術研究[D].西南交通大學,2012.

[2]沈華.基于多重傾斜波面的光學自由曲面非零位干涉測量關鍵技術研究[D].南京理工大學,2014.

[3]張維忠.基于多幅圖像的空間點定位與曲線結構三維重建[D].南京航空航天大學,2007.

[4]彭悅.扭曲自由曲面的測量數據處理與誤差評定方法研究[D].天津大學,2013.