3D數模坐標測量管理論文

1、3D數模坐標測量管理論文關于3D數模坐標測量管理論文1.引言從60年代初發(fā)明到現在，三坐標測量機（CMM）在制造業(yè)得到世 界范圍廣泛應用，成為3D檢測工業(yè)標準設備。三坐標測量技術得到 迅速發(fā)展，而配套檢測軟件的發(fā)展，更是突飛猛進。最早的三坐標 測量機只能顯示XYZ坐標，而目前的各種檢測軟件幾乎可以解決用 戶的絕大部分問題。軟件日益成為影響用戶使用好壞的關鍵所在。2. CMM測量軟件發(fā)展趨勢對于傳統的三坐標測量機檢測來說，通常是設計部門提供二維圖 紙，檢驗部門根據圖紙對工件進行尺寸及形位公差的檢測。隨著三 維CAD軟件的應用，越來越多的技術部門使用三維CAD建模技術進 行設計。因此，各坐標機廠家

2、紛紛推出了基于三維CAD技術的測量 軟件，直接將客戶設計好的三維CAD模型導入測量軟件進行檢測。 這樣做的優(yōu)點非常明顯，不需要額外的圖紙，理論值可以直接捕獲, 更可以進行測量仿真，測頭干涉檢查等，所以，受到用戶的一致好 評?；贑AD的測量成為目前三坐標測量軟件的發(fā)展熱點。在CAD設計中，一般的規(guī)則工件通過基本的特征命令即可完成三 維實體設計，比如拉伸、打孔等，對于此類工件的檢測，相對比較 簡單。隨著工業(yè)造型的發(fā)展，以及加工中心的應用，越來越多的工 件被設計成復雜的形狀表而，比如覆蓋件、內飾件等。曲線曲面的 建構技術在CAD造型中屬于比較高級的設計范疇，許多高檔三維 CAD軟件都有專門的曲線、

3、曲面處理模塊，使得用戶可以設計出B 級甚至A級曲而。曲而類工件的檢測，對三坐標測量軟件提出了更 高的要求。3. CMM曲面檢測對齊（Align）是三坐標測量機軟件的一項重要內容，無論有無 數模，都必須通過對齊，將機器坐標系與工件坐標系保持一致，測 量值才具有可比性。對于箱體類零件，基本都采用3-2-1方式建坐標，利用面、線、 點特征來確定坐標軸和原點，通過建立工件坐標系來將工件找正， 這也是最基本、最準確的對齊方法。應盡量選用加工好、范圍大的 特征來作為建坐標基準，以減小對齊產生的誤差。通常，對于建立 的坐標系，還需要可以進行平移、旋轉等操作，以產生新的對齊。對于不規(guī)則形體，計算就要復雜得多。

4、如果工件上有明確的特征 點，如3個孔心，則通常測量出實際值，與理論值對應，進行3點 找正。我們經常會遇到工件上沒有明確特征的情況，即我們無法準確的 將測量值和理論值直接對應。對于該情況，測量軟件常用的是迭代 找正的方法。對于單點觸發(fā)采數的測量機，通常是軟件在數模曲面 上選取多點作為目標點，所選取的點應能在全部6個自由度上固定 零件，以防零件出現旋轉和移動，然后將測量機移動到工件上盡量 對應的位置采集實測點，軟件將測量點在數模上目標點的附近區(qū)域 進行迭代找正，直到找正誤差在指定的精度內。有的測量軟件在迭 代超差時，將指導你重新測量到更接近的點進行更準確的計算。還有種情況是直接測量多個點，軟件將該

5、點群與理論數模進行最 佳匹配計算，將點群與數模一步步對齊，直到點群與數模的偏差均 方根最小。該方法點數越多越準，但同時計算越復雜，對計算機要 求較高，通常在掃描點云的對齊中，用得比較多。盡管每種軟件關于對齊都有不同的分類和特點，但基木主要采用 以上方法。三、測尖補償目前，三坐標測量機用得最多的是機械觸發(fā)式測頭，配以紅寶石 測針，必然會帶來測尖補償的問題。對于平而、圓等標準特征，可以通過整體偏置的方式自動補償測 頭，對于連續(xù)掃描的曲線，也可以用同樣的方式自動處理。但對于 曲而測量時經常遇到的單點測量，如何解決測尖補償問題呢？要單獨對一點進行補償，則必須知道補償的方向矢量，也即是接 觸點處的法向矢

6、量方向。為了找到該法線方向，比較準確的做法是, 在測點的周邊測量個微平而，以該微平面的法向視為測點處曲面的 法向，從而完成測尖補償。對于工件測點附本身曲率變化不大的地方，或者工件與數模本身 偏差較小的情況下，如果要求不高，為了減少采點數，也可以不測 量微平而，軟件直接以測點刺穿數模的方向矢量進行測尖補償，即 以數模上該處的法向矢量代替工件上實測處的法向矢量做為測尖補 償的'方向。但是如果工件與數模本身該處曲率偏差大，則測尖補償 將不準，導致測量數據不可靠。對于非接觸式測頭，不存在測尖補償問題。四、理論值捕獲在解決了數模的導入和對齊后，理論值的捕獲就比較簡單。對于 圓等標準特征，軟件只需

7、要能從CAD數模上選取識別該特征，即可 直接從其特性中提取理論值。對于自動測量來說，就可以直接根據 數模特征進行編程，指導機器運行到特征的理論值位置附近進行測 量。對于曲而工件上的點，通常分為曲面點和邊緣點，有的軟件分得 更細。對于曲而上的點，通過直接測量，測量點沿數模曲面法向投 影到曲而上，即可獲得理論點。但邊緣點就不同了，邊緣是CAD曲 而的邊界所在，例如，飯金件的邊，最簡單的如方體的棱邊等。如 果要檢測邊緣上的點，由于測針無法直接準確測量到，并且測頭的 補償方向無法確定，因此，無法直接測量，只能采用間接測量的方 式。通常，其處理原理如圖3所示，為了測量邊緣上P點，可以在 其兩邊測點。此例

8、采用前3點用于確定上而，第4, 5點確定邊界方 向，而最后一點6確定目標點的位置，其投射到前而確定的邊所產 生的點，視為邊緣測量點，其理論值為數模中曲面邊緣距其最近點。通過以上方式，即可實現邊緣點的檢測。具體到不同軟件，可能 有不同的處理方法。4.曲面測量軟件現狀基于3D數模對曲面工件進行檢測，在三坐標機測量里屬于高級 應用范疇，一般在高端測量軟件才包含該功能。目前國內市場上比 較常見的如PC-DMIS的CAD+版,VIRTULDMIS等，它們是由WILCOX、 ENTELEGENCE等專業(yè)測量機軟件公司開發(fā)而成。POWERINSPECT軟件 由于其在數模處理上的功能較強，也被引用到坐標機上，

9、它是由英 國的CAD/CAM軟件商DELCAM提供，這也體現了測量機軟件與CAD軟 件結合越來越緊密的趨勢。事實上，對于曲面質量評價，作為曲面建構、編輯、分析的一部 分，CAD軟件制造商較早就有比較好的解決辦法，尤其是在逆向工 程處理軟件，在將采集的點云處理成曲面后，往往需要比較點云和 設計曲線、曲而的偏離，以便在保證精度的同時提高表面質量。圖 4為imageware中對點云與曲面的比較分析,并以不同顏色梯度表 Z5結果。5. ZCRMDT測量軟件的研發(fā)國內對于測量軟件的研發(fā)相對滯后，對于需要具備數模檢測等高 級功能的，一般都配套國外軟件。中國測試技術研究院測量儀器研 究所（中測量儀）推出的Z

10、CRMDT手動版測量軟件，完全的三維圖形 化測量環(huán)境，支持數模導入，測頭軌跡動態(tài)模擬，可視化測量，視 圖旋轉、縮放，圖形選取，實現了利用曲面數模進行檢測的功能， 值得一提的是，還可以利用CAD平臺的功能對數模進行編輯處理。 圖5為利用ZCRMDT軟件對一曲面檢具進行檢測，軟件將工件上測量 點直接與數模比較，得出偏差，檢驗人員根據結果對該點進行調整, 直到偏差在許可的范圍內。從技術水平來看，ZCRMDT軟件作為一款手動版測量軟件，己達 到或接近國外同類軟件的水平，在國內處于先進地位，同時，相對 于國外軟件，具有明顯的價格優(yōu)勢。目前，ZCRMDT軟件己配套于中 測量儀生產的手動測量機上，被全國數十家用戶所采用，使客戶不 需花太多錢就可以實現先進測量功能，解決了客