計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)

1計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)

1.1計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)概述

1.1.1計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的概念

隨著我國(guó)改革開放的深入，經(jīng)濟(jì)全球化的不斷蔓延，商品市場(chǎng)的國(guó)際貿(mào)易來(lái)往日益頻繁且模

式II趨多樣。關(guān)乎后場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)勝負(fù)的因素很多，我國(guó)經(jīng)濟(jì)要想在這種激烈競(jìng)爭(zhēng)的浪潮中不被沖

蝕且處于上升的態(tài)勢(shì)，國(guó)內(nèi)企業(yè)要想在來(lái)自國(guó)內(nèi)外的企業(yè)中有立足之地，必須做好產(chǎn)品質(zhì)量

的把關(guān)。

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)參與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心價(jià)值，也是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)。樹立

全民質(zhì)量意識(shí)、努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的戰(zhàn)略問(wèn)題，已成為影響國(guó)民經(jīng)

濟(jì)和對(duì)外貿(mào)易發(fā)展的關(guān)鍵因素。只有高質(zhì)量的產(chǎn)品才能持久地參與市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，這一事實(shí)從

世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和眾多企業(yè)的興衰史中足以說(shuō)明。

但怎樣才能生產(chǎn)出一件優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，又如何知道生產(chǎn)出的產(chǎn)品是優(yōu)質(zhì)的呢？通過(guò)檢測(cè)可以確

保和鑒別產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。檢測(cè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著舉足輕重的作用，它是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本

手段。隨著生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，檢測(cè)已日益成為-門實(shí)用的技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，檢測(cè)技術(shù)是

進(jìn)行質(zhì)量管理的重要組成部分，是貫徹質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)保證。

隨著計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，人們不斷地從傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)、工作及生活方式中解放出來(lái)，進(jìn)入了信息化

的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。如今，計(jì)算機(jī)已滲透到各個(gè)領(lǐng)域并成為不可或缺的主導(dǎo)力量，推動(dòng)著生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)

不斷向前發(fā)展。

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)被應(yīng)用到工程領(lǐng)域，就在這一時(shí)期計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)獲得

了迅猛的發(fā)展。在機(jī)械工程領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助工程在設(shè)計(jì)、加工、分析、檢測(cè)以及制造過(guò)程

管理等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了一系列的新興學(xué)科，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算

機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)（CAI）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）

等。

隨著我國(guó)航空、汽車、機(jī)械等工業(yè)的迅速發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)

量檢測(cè)提出了更高的要求。如何縮短開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高檢測(cè)水平，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生

產(chǎn)的信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化等新興技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)一步提升企、業(yè)的

核心競(jìng)爭(zhēng)力，成為各企業(yè)必須面臨的問(wèn)題。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)（computeraidedinspection,CAI）作為提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，也

日漸形成為一門獨(dú)立的學(xué)科并獲得了迅速的發(fā)展。在工業(yè)應(yīng)用上，各種計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)

GeomagicQualify三維檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用第1章計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)工藝及系統(tǒng)推陳出新。

除傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)外，近幾年還發(fā)展起來(lái)許多新的檢測(cè)工藝如激光掃描測(cè)量、影像測(cè)量、

CT掃描等。檢測(cè)設(shè)備除傳統(tǒng)的臺(tái)式外，還出現(xiàn)了關(guān)節(jié)臂式、手持式等多種形式。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)是在檢測(cè)過(guò)程中涉及檢測(cè)理論、測(cè)量設(shè)備、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制及軟件技術(shù)等

綜合應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的?項(xiàng)新興技術(shù)。?般是指通過(guò)采用高效率的三維掃描設(shè)備，最大限度

地采集工件表面的三維數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)與實(shí)物的CAD模型進(jìn)行比對(duì)，從而獲得信息豐富全

面的公差彩圖檢測(cè)結(jié)果，可方便地得出工件的超差情況。依據(jù)分析結(jié)果，可以通過(guò)改進(jìn)產(chǎn)品

制造工藝或設(shè)計(jì)方案的方法來(lái)提高工件的加工質(zhì)量，降低工件的報(bào)廢率、提高生產(chǎn)效率、減

少資源浪費(fèi)，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，其操作步驟一般可歸納為三步：①實(shí)物模型

的數(shù)字化；②模型對(duì)齊；③比較分析。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的新興技術(shù)，對(duì)檢測(cè)手段的柔性化、自動(dòng)化具

有重要意義。其特點(diǎn)是測(cè)量精度高、柔性好、效率高，尤其是對(duì)于復(fù)雜零件的檢測(cè)，更是傳

統(tǒng)測(cè)量方法所無(wú)法比擬的。

1.1.2計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的作用

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展需要不

斷提出檢測(cè)技術(shù)的新任務(wù)、新課題，是推動(dòng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，

檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了從人工檢測(cè)到計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)的階段。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于制造水平的限制和工藝的不發(fā)達(dá)，在各行各業(yè)中通常使用通用量具和專用檢

具作為主要檢驗(yàn)手段。譬如通過(guò)使用游標(biāo)卡尺(見圖1-1)＞螺旋測(cè)微器等量具來(lái)對(duì)一些簡(jiǎn)

單的零部件進(jìn)行手工的尺寸測(cè)量，使用專用檢具(如圖1-2所示的汽車保險(xiǎn)杠檢具)對(duì)特定

領(lǐng)域的復(fù)雜零部件進(jìn)行檢測(cè)。這些檢測(cè)手段存在著諸多弊端，具體如下。

圖1T游標(biāo)卡尺

圖1-2汽車保險(xiǎn)杠檢具

(1)成本高。如今人們對(duì)精神生活越來(lái)越注重，對(duì)美的追求日趨強(qiáng)烈，涌現(xiàn)出零件的單件或

小批量生產(chǎn)浪潮，出現(xiàn)了大量的自由曲面，以確保零件的外觀形狀各異來(lái)滿足人們的個(gè)性化

需求。不規(guī)則曲面的大量出現(xiàn)致使相應(yīng)的檢具的加工制作需要大量的人力及物力，難以跟上

復(fù)雜、多變的生產(chǎn)需求步伐。

(2)不準(zhǔn)確性。使用傳統(tǒng)檢具所測(cè)得的結(jié)果會(huì)過(guò)多的受人為主觀因素的影響，特別是對(duì)自由

曲面的檢測(cè)，在實(shí)際操作中，檢具檢測(cè)只是控制參數(shù)曲面上若干個(gè)截面曲線的形狀誤差，而

有限的截面曲線誤差并不能完全表征整個(gè)曲面的形狀誤差，因此檢測(cè)出的結(jié)果難以科學(xué)、直

觀地進(jìn)行定量表達(dá)。而這將直接影響到零部件的裝配、安裝及使用等，給產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題帶

來(lái)不確定性。

(3)不具有通用性。手工操作的檢具檢測(cè)難以與其他的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)流通，也很

難與自動(dòng)控制系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)等進(jìn)行信息交流。這將不利于生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化

及柔性化。

隨著產(chǎn)品多樣化及人類對(duì)產(chǎn)品外形美觀性要求的提高，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜型面的運(yùn)用越來(lái)越多，

如何有效地解決復(fù)雜型面的檢測(cè)問(wèn)題成為人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的廣泛

應(yīng)用及完善，機(jī)械產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量控制的要求越來(lái)越高，逆向工程和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)三維測(cè)量

技術(shù)的要求也日益提高。同時(shí)企業(yè)的質(zhì)量意識(shí)也在不斷加強(qiáng)，現(xiàn)代質(zhì)量理念逐漸建立。與傳

統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)相比，計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)具有效率高、適用性好等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地減輕操

作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。因此，在現(xiàn)代制造業(yè)中，計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的重要地位

日趨突出。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，主要用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)、工業(yè)檢測(cè)等。從應(yīng)用功能上綜合

考慮，計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)主要有質(zhì)量控制和逆向工程兩方面的應(yīng)用。

1.在質(zhì)量控制方面的應(yīng)用

制造產(chǎn)品的質(zhì)量是人類社會(huì)一直關(guān)注的問(wèn)題，人們對(duì)質(zhì)量控制理論和技術(shù)的發(fā)展是逐漸由定

性走向定量、由被動(dòng)走向主動(dòng)、由局部走向全面的過(guò)程。人類對(duì)質(zhì)量的控制主要經(jīng)歷了三個(gè)

階段。

(1)產(chǎn)品的檢測(cè)與制造過(guò)程分開的質(zhì)量檢驗(yàn)階段。此階段也叫事后檢驗(yàn)階段，為質(zhì)量控制的

初級(jí)階段，其主要特點(diǎn)是產(chǎn)品的檢查同制造過(guò)程分開，產(chǎn)品檢驗(yàn)成為一道獨(dú)立的工序，主要

通過(guò)全數(shù)檢查來(lái)作出合格與不合格的判斷，并挑出不合格品。這種做法有利于保證出廠產(chǎn)品

質(zhì)量，但這種檢驗(yàn)機(jī)制是事后檢驗(yàn)，不能預(yù)防廢次品的產(chǎn)生，且原材料、人工和費(fèi)用成本等

方面所造成的損失也無(wú)法挽回。

(2)統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(statisticsqualitycontrol,SQC)階段。該階段的主要特點(diǎn)是從單純依

靠質(zhì)量檢驗(yàn)事后把關(guān)，發(fā)展到工序控制，突出了質(zhì)量的預(yù)防性控制與事后檢驗(yàn)相結(jié)合的管理

方式。對(duì)于批量生產(chǎn)產(chǎn)品的互換性和通用性起了一定的保證作用。

(3)全面質(zhì)量管理階段。該階段是通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)與運(yùn)籌學(xué)、價(jià)值分析、系統(tǒng)工程、線性規(guī)

劃等學(xué)科相結(jié)合，從設(shè)計(jì)、制造過(guò)程直到檢測(cè)三步驟來(lái)全面控制產(chǎn)品的質(zhì)量。

近幾年，特別是在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)主要被用于幾何量的檢測(cè)。在質(zhì)量控制方面，特別是在機(jī)械行業(yè)中，產(chǎn)

品質(zhì)量的高低與其幾何量的精度是密切相關(guān)的，幾何量的檢測(cè)成為機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的可靠保證。

兒何偏差主要來(lái)自工件的設(shè)計(jì)制造過(guò)程。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和制造水平的提高，人們對(duì)零

件的精度要求越來(lái)越高，且在零件造型上涌現(xiàn)出了大量復(fù)雜形狀的自由曲面,這些都在極大地

考驗(yàn)著傳統(tǒng)的檢具。相對(duì)傳統(tǒng)的檢測(cè)量具而言，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的出現(xiàn)已促使檢測(cè)技術(shù)向前邁

進(jìn)了一大步。但對(duì)于接觸式的測(cè)量機(jī)而言，存在著對(duì)一些軟、脆、易變形的物體不易檢測(cè)，

需要對(duì)測(cè)頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償?shù)热秉c(diǎn)，也致使它難以對(duì)復(fù)雜形狀的零件進(jìn)行準(zhǔn)確全面檢測(cè)。依托

光學(xué)測(cè)量和圖像處理技術(shù)發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù),憑借其檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確且可數(shù)字化、

檢測(cè)效率高可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的全程跟蹤，并可同其他的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的優(yōu)勢(shì)，

可以滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)幾何量檢測(cè)的要求。這是傳統(tǒng)的檢測(cè)方法所無(wú)法比擬的。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)分析加工后零件幾何形體的尺寸、形狀和位置精度等的實(shí)際

值與設(shè)計(jì)要求的理論值相一致的程度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件質(zhì)量的檢測(cè)。在機(jī)械產(chǎn)品中，通過(guò)這種

技術(shù)對(duì)幾何量進(jìn)行檢測(cè)，可以達(dá)到以下幾點(diǎn)要求。

(1)對(duì)加工后的零件做出合格/不合格的判斷。只要測(cè)量得到的幾何參數(shù)在公差范圍內(nèi)，則認(rèn)

為合格，否則為不合格。

(2)在加工過(guò)程中，可以檢測(cè)零件尺寸、形狀等是否達(dá)到加工要求。通過(guò)檢測(cè)了解產(chǎn)品質(zhì)量

情況，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析，尋找產(chǎn)生不合格產(chǎn)品的根源，采取有效措施如調(diào)整加工工藝

系統(tǒng)來(lái)防止不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生。這對(duì)保證加工質(zhì)量起到了主動(dòng)積極的作用，尤其在自動(dòng)生產(chǎn)

線上，通過(guò)此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的在線檢測(cè)。

所謂的在線測(cè)量即是在加工前通過(guò)測(cè)量來(lái)檢查工件是否被正確安裝、模具狀況是否正常等，

在加工過(guò)程中也需對(duì)整條生產(chǎn)線中不同工序和位置進(jìn)行適時(shí)的檢測(cè)，從而對(duì)整條生產(chǎn)線形成

較全面的控制檢測(cè)。

例如對(duì)工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的銀金沖壓件進(jìn)行幾何尺寸測(cè)量時(shí)，要求速度快且精度高。對(duì)于

沖壓件的在線檢測(cè)，使用檢具等傳統(tǒng)檢測(cè)手段，由于操作耗時(shí)費(fèi)力，不能滿足產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

的要求。因此沖壓件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，目前應(yīng)用最為普遍的是目測(cè)。但利用目測(cè)只能判斷沖壓件

產(chǎn)品是否存在明顯的質(zhì)量問(wèn)題，如表面受破壞、變形嚴(yán)重等。在對(duì)沖壓件產(chǎn)品精度要求比較

高的情況下，如飛機(jī)、高檔汽車等需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行準(zhǔn)確形位誤差判斷，此時(shí)目測(cè)就無(wú)能為力了。

借助計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行沖壓件產(chǎn)品的在線檢測(cè)，可以快速全面地得出產(chǎn)品的形位誤差。

相關(guān)人員通過(guò)分析檢測(cè)到的數(shù)據(jù)結(jié)果，可將其與其他的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，

從而及時(shí)完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、加工工藝等一系列的流程。

2.在逆向工程中的應(yīng)用

隨著市場(chǎng)全球化的發(fā)展，如何更快、更好地發(fā)展科技和經(jīng)濟(jì)，充分利用別國(guó)的科技成果加以

消化吸收和創(chuàng)新，進(jìn)而發(fā)展自己的技術(shù)己經(jīng)成為頭等大事。事實(shí)證明，技術(shù)引進(jìn)是吸收國(guó)外

先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)民族經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的戰(zhàn)略措施，要掌握這些技術(shù)，正常的途徑都是通過(guò)逆向

工程。實(shí)際上任何產(chǎn)品的問(wèn)世，不管是創(chuàng)新、改進(jìn)還是仿制，都蘊(yùn)含著對(duì)已有科學(xué)、技術(shù)的

繼承、應(yīng)用和借鑒。

逆向工程(reverseengineering,RE)是將產(chǎn)品原型轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型，在原有產(chǎn)品的數(shù)字化

模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)或創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品開發(fā)的過(guò)程。其實(shí)施的前提是必須要有準(zhǔn)確反

映產(chǎn)品特征的點(diǎn)數(shù)據(jù)，而這需用一定的測(cè)量手段對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量，而后把測(cè)量數(shù)據(jù)通

過(guò)三維兒何建模方法進(jìn)行重構(gòu)獲得數(shù)字化模型。

由于逆向工程技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中起到十分重要的作用，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，有關(guān)它的

研究越來(lái)越多，應(yīng)用也日趨廣泛。目前逆向工程技術(shù)已成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究領(lǐng)域，并與

各計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)如CAD/CAM/CAE/CAI/RP等緊密相連，成為了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)和加工檢測(cè)一個(gè)

不可缺少的部分。

如今，逆向工程技術(shù)已貫穿于產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)流程，無(wú)論是在對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行再開發(fā)，還是

直接進(jìn)行產(chǎn)品的原創(chuàng)開發(fā)時(shí)都有應(yīng)用。在對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行再開發(fā)時(shí)，先利用先進(jìn)的三維掃描

設(shè)備對(duì)原產(chǎn)品中的各種曲線、曲面等特征進(jìn)行測(cè)量,從中提取出產(chǎn)品表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，

再利用CAD逆向技術(shù)得到產(chǎn)品的CAD模型，通過(guò)對(duì)原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程和意圖的理解，在

CAD模型上進(jìn)行改進(jìn)或創(chuàng)新，進(jìn)而利用CAM系統(tǒng)將新產(chǎn)品制造出來(lái)，其流程如圖1-3所示。

圖1-3逆向工程技術(shù)流程

進(jìn)行原創(chuàng)開發(fā)時(shí)，一般也不會(huì)將首次設(shè)計(jì)好的圖樣直接全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，而是先做出樣品或

模型，再對(duì)做出的樣品或模型進(jìn)行修改直至符合要求，但修改后的結(jié)果肯定與首次設(shè)計(jì)好的

CAD數(shù)據(jù)不一樣，這就需要去獲取變化后的數(shù)據(jù)并與原數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得出改變量來(lái)進(jìn)行修改。

借用先進(jìn)的三維掃描設(shè)備可以快速地觀得修改后的最新數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)軟

件測(cè)出修改前后的數(shù)據(jù)變化量，將這些數(shù)據(jù)與其他的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行適時(shí)交互就可很快

地造出滿足要求的產(chǎn)品。

因此可以說(shuō)，逆向工程與計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)是緊密聯(lián)系在一起的。計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)是

逆向工程技術(shù)實(shí)施的前提，逆向工程技術(shù)的發(fā)展也在一定程度上促使著計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)

向前不斷發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)不僅在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有著重要的作用，隨著CAD/CAM等計(jì)

算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展，它在工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造及對(duì)破損零件進(jìn)行修復(fù)等方面也

有著廣泛的應(yīng)用前景。

1.2計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)實(shí)施的軟硬件條件

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和制造技術(shù)的提高，使得檢測(cè)的覆蓋范圍越來(lái)越寬，對(duì)檢測(cè)手段從硬件

到軟件都提出了越來(lái)越高的要求。高品質(zhì)的產(chǎn)品不僅需要高質(zhì)量的加工，還得依靠于所用測(cè)

量系統(tǒng)的性能，而一般地一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)性能的保證必須由其硬件和軟件來(lái)支撐。因此下面分

別就計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)中主要依靠的測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件條件進(jìn)行說(shuō)明。

1.2.1硬件條件

準(zhǔn)確并快速地將三維實(shí)體模型數(shù)字化，是計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)最基本的要求。因此，對(duì)不同

的產(chǎn)品要求選擇合適的測(cè)量方法是至關(guān)重要的。從測(cè)量測(cè)頭是否和零件表面接觸的角度來(lái)看,

坐標(biāo)測(cè)量方法可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量?jī)煞N方式。

接觸式測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量工具與被測(cè)工件表面直接接觸而獲得測(cè)點(diǎn)位置信息的測(cè)量

方法。目前常用的接觸測(cè)量方法包括：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(coordinatemeasurementmachine,

CMM)、關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)等。

非接觸式測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量工具與被測(cè)工件表面不發(fā)生直接接觸而獲得測(cè)點(diǎn)位置信

息的測(cè)量方法。目前常用的非接觸測(cè)量方法包括：激光掃描法、結(jié)構(gòu)光法、圖像分析法和基

于聲波、磁學(xué)的方法等。

在接觸式測(cè)量方法中，其檢測(cè)系統(tǒng)的硬件為測(cè)量系統(tǒng)中最重要的代表一三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，而關(guān)

節(jié)臂式測(cè)量機(jī)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一種特殊機(jī)型。在非接觸式測(cè)量方法中，結(jié)構(gòu)光法被認(rèn)為是

目前最成熟的三維形狀測(cè)量方法。

因此，以下分別就兩種測(cè)量方法中具有代表性的接觸式三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)、關(guān)節(jié)臂掃描以及結(jié)

構(gòu)光掃描來(lái)介紹計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)所需的硬件系統(tǒng)條件。

1.接觸式三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)

在接觸式測(cè)量方法中，CMM是應(yīng)用最為廣泛的一種測(cè)量設(shè)備。CMM通常是基于力-變形原理，

通過(guò)接觸式測(cè)頭沿著被測(cè)物體移動(dòng)并與其表面接觸時(shí)發(fā)生變形，從而檢測(cè)出接觸點(diǎn)的三維坐

標(biāo)。按采樣方式它又可分為單點(diǎn)觸發(fā)式和連續(xù)掃描式兩種。

隨著工'業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展，伴隨著眾多制造業(yè)如汽車、電子、航空航天、機(jī)床及模具工業(yè)

的蓬勃興起和大規(guī)模生產(chǎn)的需要，要求零部件具備高度的互換性，并對(duì)尺寸位置和形狀提出

了嚴(yán)格的公差要求。除此之外，在要求加工設(shè)備提高工效、自動(dòng)化更強(qiáng)的基礎(chǔ)上，還要求計(jì)

量檢測(cè)手段應(yīng)當(dāng)高速、柔性化、通用化。顯然，傳統(tǒng)的檢測(cè)模式已不能滿足現(xiàn)代柔性制造和

更多復(fù)雜形狀工件測(cè)量的需求。作為現(xiàn)代測(cè)量工具的典型代表，接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以其高

精度（達(dá)到口m級(jí)）、高效率（數(shù)十、數(shù)百倍于傳統(tǒng)測(cè)量手段）、多用性（可代替多種長(zhǎng)度計(jì)

量?jī)x器）、重復(fù)性好等特點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)快速地崛起并得到了迅猛發(fā)展。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，綜合數(shù)控、電子、計(jì)算機(jī)和傳感等先進(jìn)技術(shù)的高精

度、高效率、多功能的測(cè)量?jī)x器。該測(cè)量系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。其中硬件可分為

主機(jī)、測(cè)頭、電氣系統(tǒng)三大部分，如圖1-4所示。

圖1-4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成

1-工作臺(tái)；2-移動(dòng)橋架；3-中央滑架；4-Z軸；5-測(cè)頭；6-電子系統(tǒng)

在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用過(guò)程中，接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可達(dá)到很高的測(cè)量精度（±0.5pm）,對(duì)

物體邊界和特征點(diǎn)的測(cè)量相對(duì)精確，對(duì)于沒(méi)有復(fù)雜內(nèi)部型腔、特征幾何尺寸多、只有少量特

征曲面的規(guī)則零件檢測(cè)特別有效。但在測(cè)量過(guò)程中，因要與被測(cè)件接觸，會(huì)存在測(cè)量力，對(duì)

被測(cè)物體表面材質(zhì)有一定要求。而且也存在需進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償、對(duì)使用環(huán)境要求較高、測(cè)

量過(guò)程比較依賴于測(cè)量者的經(jīng)驗(yàn)等不足，特別是對(duì)于幾何模型未知的復(fù)雜產(chǎn)品，難以確定最

優(yōu)的采樣策略與路徑。

基于接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的上述特點(diǎn)，它多用于產(chǎn)品測(cè)繪、型面檢測(cè)、工夾具測(cè)量等，同時(shí)

在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制和模具制造方面也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，在汽車工業(yè)、航空航天、

機(jī)床工具、國(guó)防軍工、電子和模具等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

第3章中將對(duì)基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.關(guān)節(jié)臂掃描

關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一種特殊機(jī)型，其最早出現(xiàn)于1973年，是由Romer公司設(shè)

計(jì)制造的。它是一種仿照人體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，以角度為基準(zhǔn)，由兒根固定長(zhǎng)度的臂通過(guò)繞互相垂

直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)互相連接，在最末的轉(zhuǎn)軸上裝有探測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量裝置。其工作原理

主要是設(shè)備在空間旋轉(zhuǎn)時(shí),設(shè)備同時(shí)從多個(gè)角度編碼器獲取角度數(shù)據(jù)，而設(shè)備臂長(zhǎng)為…定值，

這樣計(jì)算機(jī)就可以根據(jù)三角函數(shù)換算出測(cè)頭當(dāng)前的位置，從而轉(zhuǎn)化為XYZ的形式。

如今，國(guó)際上著名的生產(chǎn)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的公司有美國(guó)CimCore公司、法國(guó)的Romer公司

以及美國(guó)的FARO公司,這些公司的多款高質(zhì)量產(chǎn)品已經(jīng)在中國(guó)乃至全球市場(chǎng)占據(jù)了極高的市

場(chǎng)份額。另外，意大利的COORD3公司、德國(guó)的ZETTMESS公司等均研制了多種型號(hào)的關(guān)節(jié)臂

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，用在各種規(guī)則和不規(guī)則的小型零件、箱體和汽車車身、飛機(jī)機(jī)翼機(jī)身等的檢測(cè)

和逆向工程中，顯示了其強(qiáng)大的生命力。

與傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相比，關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)具有輕巧便捷、功能強(qiáng)大、測(cè)量靈活、環(huán)境適

應(yīng)性強(qiáng)、測(cè)量范圍較廣等特點(diǎn)，如今，它已被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車制造、重型機(jī)械、

軌道交通、零部件加工、產(chǎn)品檢具制造等多個(gè)行業(yè)。但因關(guān)節(jié)數(shù)目越多會(huì)在測(cè)頭末端累積的

誤差越大，因此，通常情況下，關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的精度比傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度要略低，精

度一般為10微米級(jí)以上，加上只能手動(dòng)，所以選用時(shí)需注意應(yīng)用場(chǎng)合。為了滿足測(cè)量的精

度要求，因此，目前的關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)一般為自由度不大于7的手動(dòng)測(cè)量機(jī)。隨著三十多年來(lái)

的不斷發(fā)展，該類產(chǎn)品已經(jīng)具有三坐標(biāo)測(cè)量、在線檢測(cè)、逆向工程、快速成型、掃描檢測(cè)、

彎管測(cè)量等多種功能。

總的來(lái)看，關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)與接觸式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)最大的不同點(diǎn)是,它可選配多種多樣的測(cè)頭：①

接觸式測(cè)頭，可用于常規(guī)尺寸檢測(cè)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集；②激光掃描測(cè)頭，可實(shí)現(xiàn)密集點(diǎn)云數(shù)

據(jù)的采集，用于逆向工程和CAD對(duì)比檢測(cè)；③紅外線彎管測(cè)頭，可實(shí)現(xiàn)彎管參數(shù)的檢測(cè)，從

而修正彎管機(jī)執(zhí)行參數(shù)等。

關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)主要有：重量輕，可移動(dòng)性好；精度較高；測(cè)量范圍大，測(cè)量死角

少，對(duì)被測(cè)物體表面無(wú)特殊要求；可用測(cè)頭在物體表面接觸掃描測(cè)量，測(cè)量速度快；可作在

線檢測(cè)，適合車間使用；對(duì)外界環(huán)境要求較低，如Romer系列機(jī)器可在0?46℃使用；操作

簡(jiǎn)便易學(xué)；特別適合復(fù)雜曲面和非規(guī)則物體的測(cè)量；可適時(shí)配合激光掃描測(cè)頭進(jìn)行掃描和點(diǎn)

云對(duì)比檢測(cè)；可同時(shí)配備接觸式與激光掃描測(cè)頭，實(shí)現(xiàn)特征測(cè)量和掃描測(cè)量的結(jié)合使用。

由此可以看出，配置不同的測(cè)頭，關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)會(huì)有不同的特點(diǎn)。對(duì)于一些可動(dòng)的大型零件，

可進(jìn)行多次掃描，然后在軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接。而在對(duì)不便移動(dòng)的超大型零件進(jìn)行檢測(cè)和反

求時(shí)，借助蛙跳技術(shù)的幫助，關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)可以完全擺脫固定式測(cè)量機(jī)面臨檢測(cè)尺寸無(wú)法更

改的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備多次移動(dòng)掃描數(shù)據(jù)自動(dòng)拼接的功能。

第4章中將介紹基于關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的檢測(cè)技術(shù)。

3.結(jié)構(gòu)光掃描

隨著新型傳感器的不斷出現(xiàn)，非接觸測(cè)量理論的日趨完善，使得采用非接觸測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)自

山曲面的在線測(cè)量成為可能。與傳統(tǒng)的樣板測(cè)量技術(shù)、CMM技術(shù)相比，非接觸測(cè)量技術(shù)更適

于生產(chǎn)需要，有助于提高機(jī)械加工過(guò)程的自動(dòng)化和智能化水平。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)

的發(fā)展，各種各樣的新型測(cè)量方法不斷涌現(xiàn)。如今，非接觸式測(cè)量的方法主要有基于光學(xué)的

激光三角法、激光測(cè)距法、結(jié)構(gòu)光法、圖像分析法以及基于聲波、磁學(xué)的方法等。

結(jié)構(gòu)光掃描法是曲面形體檢測(cè)技術(shù)中一個(gè)十分活躍的分支。與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，它具有無(wú)

接觸、檢測(cè)速度快、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，在逆向工程、質(zhì)量檢測(cè)、數(shù)字化文物、虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)

療等領(lǐng)域具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此，已被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。德國(guó)GOM公司研發(fā)

的ATOS測(cè)量系統(tǒng)及Steinbicher公司的COMET測(cè)量系統(tǒng)都是這種方法的典型代表。

結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)光投射裝置、攝像機(jī)、圖像采集及處理系統(tǒng)組成。所謂結(jié)構(gòu)光掃

描，即是將激光器或生成結(jié)構(gòu)光的設(shè)備發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)形成某種結(jié)構(gòu)形式的光模型,

包括點(diǎn)、單線、多線、單圓、同心多圓、網(wǎng)格、十字交叉、正弦光柵、編碼光和隨機(jī)紋理投

影等以一定的角度投向被測(cè)物體表面，由于結(jié)構(gòu)光受被測(cè)物體表面信息的調(diào)制而發(fā)生形變，

在被測(cè)物體上形成特定的圖案，此時(shí)用相機(jī)來(lái)拍攝二維圖案，然后用圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)

線索特征提取，得到二維圖像中像素和所投影條紋之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而采集到圖案，在此

基礎(chǔ)上再由光源、光感應(yīng)器和物體表面光反射點(diǎn)組成的空間三角關(guān)系進(jìn)行三角測(cè)距來(lái)獲取掃

描物體的空間點(diǎn)云信息。

由此可見，結(jié)構(gòu)光法本質(zhì)上是一種光學(xué)三角測(cè)量法。在結(jié)構(gòu)光三維掃描過(guò)程中，涉及的主要

技術(shù)有：結(jié)構(gòu)光編碼技術(shù)、圖像特征提取技術(shù)、三角測(cè)距技術(shù)等。

目前，根據(jù)傳感方法的不同，市面上主流的非接觸式三維掃描儀有激光掃描儀、照相式掃描

儀、結(jié)構(gòu)光掃描儀和CT斷層掃描儀等。其中激光掃描儀可達(dá)到5000?10000點(diǎn)/s的速度，

它通過(guò)發(fā)出一束激光光帶，當(dāng)光帶照射到被測(cè)物體上并在被測(cè)物體上移動(dòng)時(shí).，就可以采集出

物體的實(shí)際形狀。其精度一般要低于接觸式的設(shè)備，一般性能優(yōu)良的設(shè)備可達(dá)到微米精度級(jí)

別。如圖『5所示為REVscan手持式激光掃描儀的工作示意圖。與傳統(tǒng)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x相比，

它沒(méi)有機(jī)械行程限制，不受被測(cè)物體的大小、外形、體積限制，能有效減少累積誤差，提高

整體三維數(shù)據(jù)的測(cè)量精度。而結(jié)構(gòu)光掃描儀則采用面光，速度更是達(dá)到幾秒鐘百萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

如圖「6所示為COMET結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的工作原理示意圖。

圖1-5REVscan掃描儀的工作示意圖

圖1-6COMET光柵投影測(cè)量系統(tǒng)示意圖

(a)光柵投影及攝像系統(tǒng)；(b)系統(tǒng)原理

與一般的非接觸式掃描技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

(1)掃描速度極快，數(shù)秒內(nèi)可得到上百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)；

(2)一次得到一個(gè)面，測(cè)量點(diǎn)分布非常規(guī)則；

(3)精度較高，可達(dá)0.03mm;

(4)單次測(cè)量范圍大(激光掃描儀一般只能掃描50mm寬的狹窄范圍)；

(5)便攜，可搬到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量；

(6)分塊測(cè)量、不同視角的測(cè)量數(shù)據(jù)可進(jìn)行拼合，非常適合各種大小和形狀物體(如汽車、

摩托車外殼及內(nèi)飾、家電、雕塑等)的測(cè)量；

(7)測(cè)量深度大(激光掃描儀的掃描深度一般只有100mm左右，而結(jié)構(gòu)光掃描儀的掃描

深度可達(dá)300~500mm).

借助以上優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)成為了目前國(guó)際上最先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)。

1.2.2軟件條件

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)的精度不僅取決于硬件的精度，還取決于軟件系統(tǒng)的精度。過(guò)去，人們■?直

認(rèn)為精度高、速度快，完全由測(cè)量系統(tǒng)的硬件部分(如測(cè)量機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、測(cè)頭等)

決定，實(shí)際上，由于誤差補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，算法及控制軟件的改進(jìn)，測(cè)量系統(tǒng)的精度在很大

程度上依賴于軟件。測(cè)量系統(tǒng)軟件成為決定測(cè)量性能的主要因素已成為一種共識(shí)。

如今，軟件技術(shù)日益成為了測(cè)量系統(tǒng)的核心。原因主要有以下幾點(diǎn)。

(1)軟件擁有數(shù)據(jù)功能。幾何物體都是由空間點(diǎn)集合而成的，而坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)歸根結(jié)底僅是

獲取那些空間點(diǎn)的坐標(biāo)值的設(shè)備。因此，利用測(cè)量系統(tǒng)要想得到理想的檢測(cè)結(jié)果，借用相關(guān)

的軟件技術(shù)是相當(dāng)有必要的。只有用軟件對(duì)獲取到的空間點(diǎn)進(jìn)行處理、計(jì)算才能給出被測(cè)物

體的位置、尺寸、形狀等相關(guān)信息，而且也可進(jìn)行測(cè)頭、溫度、幾何量誤差的補(bǔ)償?shù)炔僮鳌?/p>

(2)測(cè)量類軟件是測(cè)量設(shè)備與其他外設(shè)設(shè)備及系統(tǒng)的溝通橋梁。隨著數(shù)字技術(shù)和CAD技術(shù)的

發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以及坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)與軟件技術(shù)的日益緊密地結(jié)合，測(cè)量系統(tǒng)的用途日趨強(qiáng)

大，它不再僅是單一的質(zhì)量保證的測(cè)量設(shè)備，還是能被廣泛用作逆向設(shè)計(jì)、生產(chǎn)檢測(cè)、信息

統(tǒng)計(jì)、反饋信息等多種用途的多功能機(jī)，成為了設(shè)計(jì)、工藝、制造和檢測(cè)環(huán)節(jié)中不可缺少的

中間設(shè)備。

作為計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)所需的軟件，它至少應(yīng)具備以下三個(gè)最基本的功能：①能夠讀入掃

描數(shù)據(jù)(格式為ASCII、STL,VDA及IGES等)；②對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并與CAD模型拼合

在一起；③能夠檢查和分析誤差并生成圖形報(bào)告。其中數(shù)據(jù)處理功能是此類軟件系統(tǒng)的核心

功能,此功能包括了點(diǎn)云的精簡(jiǎn)、基本特征元素的構(gòu)建及拼合等操作。在對(duì)掃描的數(shù)據(jù)處理完

成后，便可運(yùn)用精度測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)形狀誤差檢測(cè)、位置誤差檢測(cè)等，并將其以圖表的形式反

饋至操作者。結(jié)果輸出功能用于實(shí)時(shí)顯示、結(jié)果打印等，以便實(shí)現(xiàn)操作者與設(shè)備的交互。

從軟件的功能要求出發(fā)，可將測(cè)量類軟件大致分為以下兩種：通用測(cè)量軟件和專用測(cè)量軟件。

其中通用測(cè)量軟件是坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)中必備的基本配置軟件。它負(fù)責(zé)完成整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的管理,

包括探針校正、坐標(biāo)系的建立與轉(zhuǎn)換、輸入輸出管理、基本兒何要素的尺寸與兒何公差(如

直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度、平行度、垂直度、傾斜度、位置度、

同軸(心)度、對(duì)稱度、圓跳動(dòng)、全跳動(dòng))評(píng)價(jià)以及元素構(gòu)成等基本功能。專用測(cè)量軟件則

是針對(duì)某種具有特定用途的零部件測(cè)量問(wèn)題而開發(fā)的軟件，如：齒輪、螺紋、自由曲線和自

由曲面等。一般還有一些附屬軟件模塊，如：統(tǒng)計(jì)分析、誤差檢測(cè)、補(bǔ)償、CAD模塊等。

目前，采用計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的著名企業(yè)有德國(guó)西門子、德國(guó)大眾汽車、日本豐田汽車、

芬蘭諾基亞等。隨著中國(guó)與國(guó)際間的生產(chǎn)協(xié)作日益頻繁，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的企業(yè)也采用了這項(xiàng)

技術(shù)。在國(guó)內(nèi)，許多高校如西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等都在逆向

工程與計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)方面進(jìn)行著積極的研究。當(dāng)他們?cè)趹?yīng)用計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行后期

的處理時(shí)，多借用PC-DMIS、GeomagicQualify等測(cè)量軟件，用以對(duì)測(cè)量模型和數(shù)字化模型

進(jìn)行對(duì)比和分析，給出檢測(cè)報(bào)告，以便于分析研究的結(jié)果。因此，下面簡(jiǎn)要介紹在計(jì)算機(jī)輔

助檢測(cè)技術(shù)中常會(huì)用到的兩款軟件：①PC-DMIS;②GeomagicQualify.

1.PODMIS簡(jiǎn)介

先進(jìn)的PC-DMIS測(cè)量軟件是由全球最大的測(cè)量軟件開發(fā)商美國(guó)WILCOX公司開發(fā)的，該公司隸

屬瑞典海克斯康(HEXAGON)計(jì)量集團(tuán)。該軟件是世界上最多用戶選擇的專業(yè)計(jì)量與檢測(cè)軟件，

是眾多關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的最佳配置。在國(guó)內(nèi)，它常與中國(guó)目前技術(shù)最先進(jìn)、實(shí)力最強(qiáng)的三坐標(biāo)

測(cè)量機(jī)制造企業(yè)一?？怂箍禍y(cè)量技術(shù)(青島)有限公司生產(chǎn)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)配套銷售。

關(guān)節(jié)臂接觸式測(cè)量可選用的軟件有ARCOCAD、Capps(ComputerAidedPartProgramming

System)、RST-Inspector>PC-DMIS等。在這些測(cè)量和檢測(cè)軟件的計(jì)量應(yīng)用中，PC-DMIS提

供了非常完善的一體化解決方案，所以在購(gòu)買關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)時(shí)，可以與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一

樣，選擇配備PC-D.MIS軟件作為關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的軟件配置。究其具體原因主要有以下幾

點(diǎn)。

(1)強(qiáng)大的功能。PC-DMIS軟件的功能非常強(qiáng)大，它具備強(qiáng)大的測(cè)量功能(如可測(cè)量到點(diǎn)、

直線、圓、平面、圓柱、圓錐、球等特征)和公差計(jì)算評(píng)價(jià)功能(如可完成位置、距離、夾

角、直線度、圓度、平面度、平行度、垂直度、傾斜度、位置度、對(duì)稱度、同軸度與同心度、

跳動(dòng)、輪廓度等公差的計(jì)算評(píng)估)。除了這些基本的功能外，它還可擴(kuò)展出很多其他功能，作

多種方式的測(cè)量，擴(kuò)展多種接口，連接多種系統(tǒng)，這些擴(kuò)展功能分別對(duì)應(yīng)于各種模塊，包括

gear、blade等。PODMIS的用戶可根據(jù)自己的需要在購(gòu)買時(shí)選擇不同的模塊，或在使用一段

時(shí)間后再購(gòu)買添加模塊。

(2)完整的程序檢測(cè)過(guò)程。從簡(jiǎn)單的箱體類零件一直到復(fù)雜的輪廓和曲面，PC-DMIS軟件可

幫助用戶完成零件檢測(cè)程序編程、測(cè)量程序初始化設(shè)定以及執(zhí)行檢測(cè)程序，使用戶的檢測(cè)過(guò)

程始終以高速、高效率和高精度進(jìn)行。

(3)易于使用。該軟件應(yīng)用起來(lái)非常便捷，它通過(guò)可定制的、直觀的簡(jiǎn)捷圖形用戶界面，來(lái)

引導(dǎo)使用者進(jìn)行零件編程、參數(shù)設(shè)置和工件檢測(cè)。同時(shí)，利用其一體化的圖形功能，能夠?qū)?/p>

檢測(cè)數(shù)據(jù)以豐富的輸出格式、強(qiáng)大的圖形報(bào)告功能來(lái)滿足客戶的多種輸出要求。針對(duì)不同用

戶的不同需求，它還可快速生成新的檢測(cè)程序并提供用戶定制的檢測(cè)報(bào)告。

不僅如此，PC-DMIS還提供了靈活的環(huán)境。它不需要同其他的兒何軟件包一樣要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)、

乏味的調(diào)試過(guò)程，而是可允許適時(shí)地糾正錯(cuò)誤。且其界面的多功能性還為自定義軟件提供了

一種簡(jiǎn)單的方法，以便滿足個(gè)人的特定需求。該軟件包還減少了分析和解釋CMM測(cè)量結(jié)果的

需要，因其在CMM上進(jìn)行零件編程所使用的技術(shù)是順向且系統(tǒng)的。

任何軟件強(qiáng)大完善的功能都需要有相關(guān)的技術(shù)來(lái)支撐，鑒于上述的PC-DMIS軟件所具有的優(yōu)

點(diǎn)，有必要對(duì)該軟件所采用的幾個(gè)主要支撐技術(shù)的特征進(jìn)行介紹。

(1)基于DMIS語(yǔ)言編程

PC-DMIS軟件是一種基于最新版本DMIS語(yǔ)言編程規(guī)范開發(fā)的交互式測(cè)量軟件。借助這種DMIS

語(yǔ)言開發(fā)出來(lái)的PC-DMIS軟件可為用戶提供非常友好的內(nèi)部編程環(huán)境，可通過(guò)自學(xué)習(xí)自動(dòng)記

錄程序。同時(shí)在該軟件下編寫的零件程序可用于其他測(cè)量軟件上，具有通用性。只要將零件

程序稍加修改就可在不同廠家生產(chǎn)的測(cè)量機(jī)(前提是使用的測(cè)量機(jī)測(cè)量軟件必須支持DM1S

語(yǔ)言)上運(yùn)行。

另外，基于DMIS語(yǔ)言開發(fā)出來(lái)的PC-DMIS軟件具有強(qiáng)大的薄壁件特征測(cè)量程序庫(kù)，因而可以

支撐它擁有強(qiáng)大的測(cè)量功能以及許多其他的擴(kuò)展功能。

(2)多接口

PC-DMIS軟件不僅預(yù)留有基于用戶需要的二次開發(fā)接口，它還具備強(qiáng)大的CAD接口功能，可

兼容絕大多數(shù)CAD軟件，與多個(gè)CAD軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)據(jù)傳遞，如可將測(cè)量數(shù)據(jù)利用通用

的CAD格式直接導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)了與ACIS、CATIA,UG、PRO/E等CAD系統(tǒng)的直接連接。不僅如此，

它還能夠讀入原始的CAD數(shù)據(jù)模型，宜接在數(shù)模上進(jìn)行脫機(jī)編程和零件檢測(cè)程序的模擬運(yùn)行,

使脫機(jī)編程變得直觀和容易，有助于提高測(cè)量效率。

借助強(qiáng)大的接口功能，PC-DMIS軟件一般在與測(cè)量機(jī)連接時(shí)，可與測(cè)量機(jī)的非接觸式測(cè)頭實(shí)

現(xiàn)無(wú)縫連接。如今，該軟件只兼容Metris公司和Perceptron公司的兩種激光測(cè)頭。隨著待

檢測(cè)型面的復(fù)雜化，要求有各種智能化的掃描模式來(lái)滿足需求。因此，在軟件中接觸式測(cè)頭

與非接觸式測(cè)頭的組合及轉(zhuǎn)換，成為了目前的重要趨勢(shì)。另外，PC-DMIS軟件除用于HEXAGON

集團(tuán)的測(cè)量機(jī)外，還兼容其他廠家的部分測(cè)量機(jī)，可通過(guò)接口模塊直接與控制系統(tǒng)連接。

(3)功能集成

該軟件是一個(gè)功能豐富、模塊化的軟件集合。其測(cè)量軟件包能夠?qū)崿F(xiàn)完善的測(cè)頭管理功能、

零件坐標(biāo)系管理和工件找正功能、簡(jiǎn)單兒何要素的測(cè)量和便捷的逆向設(shè)計(jì)測(cè)量功能、符合國(guó)

際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的形位公差評(píng)定功能，以及經(jīng)過(guò)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量機(jī)構(gòu)PTB認(rèn)證的軟件尺寸計(jì)

算方法以及多種報(bào)告格式的圖形報(bào)告功能。

不僅如此，它除在內(nèi)核部分劃分為PRO、CAD、CAD++三個(gè)功能模塊外，還有多種擴(kuò)展功能模

塊，使其可以用于各種計(jì)量器具、加工機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、脫機(jī)編程、網(wǎng)絡(luò)信息流等方面。這種

模塊化配置模式，能夠滿足客戶的特定需要，可廣泛用于現(xiàn)代企業(yè)的計(jì)量管理。

PC-DMIS軟件有脫機(jī)版和聯(lián)機(jī)版兩種模式。顧名思義，所謂脫機(jī)PC-DMIS軟件就是在運(yùn)行該

軟件時(shí)不用與測(cè)量機(jī)相連接。而只有連接到CMM上，才能使用聯(lián)機(jī)版PC-DMIS,該軟件在連

接上CMM以后，用戶可直接用軟件中測(cè)量零件時(shí)所需的高級(jí)命令來(lái)直接驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)執(zhí)行

測(cè)量動(dòng)作。使用聯(lián)機(jī)PC-DMIS,用戶可執(zhí)行現(xiàn)有的零件程序、快速檢測(cè)零件以及直接在CMM

上開發(fā)零件程序。而脫機(jī)程序是適用于聯(lián)機(jī)模式的。通常，為了在調(diào)試程序的過(guò)程中可以節(jié)

省測(cè)量機(jī)使用時(shí)間，減少因?yàn)檎`差碰撞造成的損失，可通過(guò)脫離CMM來(lái)使用脫機(jī)PC-DM1S編

輯一個(gè)聯(lián)機(jī)創(chuàng)建的程序。因?yàn)樵诿摍C(jī)PC-DMIS中導(dǎo)入一個(gè)CAD文件、DMIS程序或零件程序經(jīng)

過(guò)編輯調(diào)試后，都可以直接使用聯(lián)機(jī)PC-DMIS來(lái)執(zhí)行。但無(wú)論怎樣，不可用脫機(jī)PC-DMIS來(lái)

直接驅(qū)動(dòng)Q1M。圖1-7所示為聯(lián)機(jī)版PC-DMIS的開始界面。

圖1-7聯(lián)機(jī)版PC-DMIS開始界面

無(wú)論是脫機(jī)版還是聯(lián)機(jī)版的PC-DMIS軟件，它們都可安裝在支持WindowsXP或Windows2000

操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)內(nèi)，對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件配置有一定的要求。其中兩種模式的PODMIS都是采

用Microsoft的Windows界面。在該軟件內(nèi)，此界面是一個(gè)可定制的、全中文的、直觀的、

可支持多達(dá)8種語(yǔ)言的圖形用戶界面(GUI)。借用此界面用戶可以創(chuàng)建和執(zhí)行零件程序，可

利用下拉菜單、對(duì)話框、圖標(biāo)等方式來(lái)輕松開始測(cè)量程序。

2.GeomagicQualify簡(jiǎn)介

GeomagicQualify同PC-DMIS軟件一樣，都是被廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)軟

件。GeomagicQualify是由美國(guó)Geomagic公司提供的一款快速檢測(cè)軟件，它主要對(duì)產(chǎn)品的

尺寸公差進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)這個(gè)軟件可以準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)到CAD三維數(shù)字參考模型與實(shí)際構(gòu)

造部件之間的尺寸誤差，并自動(dòng)地將這種比較的結(jié)果差異以直觀、易懂的色譜圖形式來(lái)顯示

出來(lái)。除此之外，它還可以進(jìn)行形位誤差的比較、評(píng)估等。該軟件還會(huì)將檢測(cè)到的尺寸誤差、

形位誤差等結(jié)果，以報(bào)告的形式呈現(xiàn)出來(lái)，以便人們發(fā)現(xiàn)并及時(shí)溝通在設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中的

任何尺寸品質(zhì)問(wèn)題。其中，這個(gè)報(bào)告主要是將包括二維(2D)和三維(3D)尺寸、截面信息、

GD&T標(biāo)注，以及多個(gè)視圖和表格等多個(gè)內(nèi)容整合到了一起，并具有多種輸出格式，用戶還可

根據(jù)需要來(lái)定制內(nèi)容或格式不同的報(bào)告。

GeomagicQualify的應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的在線檢測(cè)的自動(dòng)化、數(shù)字化具有重要的意義，它主

要具有以下功能特點(diǎn)。

(1)快速檢驗(yàn)產(chǎn)品。通過(guò)使用GeomagicQualify,能在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成檢測(cè)和審核工作，而非

數(shù)周，這可加快產(chǎn)品上市速度，大大降低成本，使用戶具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

(2)獲得精確且通過(guò)認(rèn)證和測(cè)試的結(jié)果。GeomagicQualify提供了精確的比較，使用戶可以

遵照最嚴(yán)格的誤差標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樗坏蠂?guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的形位公差評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，而且其

尺寸的計(jì)算方法也通過(guò)了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量機(jī)構(gòu)PTB認(rèn)證，其標(biāo)準(zhǔn)也符合由領(lǐng)先的汽車和航空航

天制造商一如通用汽車公司(GeneralMotors)和普惠公司(Pratt&Whitney)確立的嚴(yán)格的質(zhì)

量標(biāo)準(zhǔn)。

(3)全面檢測(cè)產(chǎn)品。為了全面、準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行比較，因此，對(duì)于實(shí)際制造的零部件

的每個(gè)細(xì)節(jié)都必須測(cè)量掃描到位，而沿用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，不停地在使用三維掃描儀和硬測(cè)

頭測(cè)量之間來(lái)回更換，會(huì)加大累積誤差，難以滿足用戶的高精度需求。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，GeomagicQualify將這兩種功能組合在一起，做到了實(shí)現(xiàn)全面的檢驗(yàn)，從而

簡(jiǎn)化了工作流程，提高了對(duì)齊精度。在GeomagicQualify中，當(dāng)用戶需要利用三維掃描儀和

硬測(cè)頭的組合功能時(shí)，他們可以先使用三維掃描儀快速捕獲一個(gè)對(duì)象的全面三維掃描數(shù)據(jù)，

然后使用硬測(cè)頭測(cè)量難以掃描的區(qū)域或驗(yàn)證特定特征的測(cè)量數(shù)據(jù)，這些都是在其同一個(gè)界面

下完成的,從而提高了對(duì)齊精度，通過(guò)對(duì)整體的測(cè)量和比較也可使用戶更準(zhǔn)確地找到問(wèn)題點(diǎn)。

(4)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的零距離共享。GeomagicQualify能夠提供含有檢測(cè)數(shù)據(jù)以及用戶自定義

的多種視圖、注釋和結(jié)論等眾多內(nèi)容的詳細(xì)檢測(cè)報(bào)告。借用免費(fèi)的協(xié)作工具GeomagicReview,

就可以自動(dòng)輸出多種格式(包括PDF、HTML、VRML和DOC等)的檢測(cè)報(bào)告。因此，即使沒(méi)有

親自執(zhí)行檢測(cè)，有了這些報(bào)告，其他地方的工程師、供應(yīng)商、合作伙伴、分包商和客戶也可

以共享到檢測(cè)的結(jié)果，這會(huì)使各方的溝通得到很好的改善，也一定程度上減少了設(shè)計(jì)數(shù)量和

過(guò)程變化，從而加速產(chǎn)品的開發(fā)和完善。

(5)保證制造質(zhì)量。GeomagicQualify在給出了數(shù)字參考模型和實(shí)際產(chǎn)品的偏差色彩圖之外,

還提供了高級(jí)的分析功能來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面的檢測(cè)，這些功能包括壁厚計(jì)算、間隙和面差、

邊計(jì)算、幾何公差(GD&T)以及二維和三維尺寸等。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行在線檢測(cè)或現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可

快速判斷出超出公差的情況，找出問(wèn)題區(qū)域，使得在制造過(guò)程中可以及時(shí)地作出調(diào)整，以保

證制造出的產(chǎn)品質(zhì)量。除了可對(duì)單個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量控制外，還可使用趨勢(shì)分析對(duì)多個(gè)產(chǎn)品樣本

進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC),進(jìn)而對(duì)偏差趨勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)分析，來(lái)整體把握生產(chǎn)線上產(chǎn)品的制造質(zhì)

量。

2010年4月Geomagic公司宣布了其旗艦產(chǎn)品新版本的逆向工程和質(zhì)量檢測(cè)三維軟件

一GeomagicStudio軟件12.0和GeomagicQualify軟件12.0的發(fā)行。與以往的Qualify各

版本不同的是，新版本的Qualify12.0不僅在界面設(shè)計(jì)上有所突破，帶來(lái)了前所未有的易用

性，還擁有了更加強(qiáng)大的新功能。圖『8所示為Qualify12.0的初始界面。

圖1-8Qualify12.0初始界面

在以往版本的基礎(chǔ)之上，Qualify12.0主要體現(xiàn)了以下的改善之處。

(1)增強(qiáng)用戶體驗(yàn)

針對(duì)以往版本在執(zhí)行各指令時(shí)會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的對(duì)話框，Qualify12.0版本率先采用了先進(jìn)的

Ribbon界面。在該界面內(nèi)，用簡(jiǎn)單的Ribbon指令取代了復(fù)雜的對(duì)話框。從圖1-8所示的新

版本的初始界面可以看出，Qualify12.0可直接在“開始”面板內(nèi)快速導(dǎo)入最近常用的文件

等。不僅如此，它還增強(qiáng)了工具提示，給用戶提供本地語(yǔ)言的實(shí)時(shí)幫助，用戶還可自行設(shè)計(jì)

界面與命令來(lái)自定義檢測(cè)工作流程等措施來(lái)方便用戶體驗(yàn)和學(xué)習(xí)。

(2)輸出三維PDF報(bào)告

Qualify12.0軟件開創(chuàng)性地將注釋和三維偏差色譜圖嵌入到三維模型的檢測(cè)結(jié)果，形成了具

有交互性，并直接以可視化形式輸出的三維PDF報(bào)告。人們可以借用AdobeReader來(lái)查看這

種三維PDF形式通過(guò)的檢測(cè)報(bào)告。在查看報(bào)告時(shí)，為方便與同事、客戶和供應(yīng)商等來(lái)更好地

共享檢測(cè)的結(jié)果，可旋轉(zhuǎn)PDF中的模型、放大模型中的選定區(qū)域或選擇一個(gè)預(yù)定義的視圖。

因此，這種動(dòng)態(tài)的交互式的三維彩色模型形式的報(bào)告，可以更好地幫助用戶直觀了解結(jié)果對(duì)

象整體與部分的關(guān)鍵偏差以及整個(gè)模型的關(guān)鍵尺寸。

(3)新增功能強(qiáng)大的報(bào)告設(shè)計(jì)器

Qualify12.0引入了個(gè)功能強(qiáng)大但簡(jiǎn)單的報(bào)告設(shè)計(jì)器。該報(bào)告設(shè)計(jì)器功能強(qiáng)大在于它可以

提供精細(xì)化的報(bào)告，甚至可以使客戶快速、簡(jiǎn)單地將各種格式和內(nèi)容集成在一起，以自定義

創(chuàng)建、編輯復(fù)雜的報(bào)告，來(lái)滿足人們的報(bào)告設(shè)計(jì)要求。其內(nèi)置的報(bào)告生成模板提供了一鍵生

成完整報(bào)告的功能。

總而言之，Qualify12.0可以使簡(jiǎn)單的報(bào)告定制更迅速、簡(jiǎn)便，也有能力支持更復(fù)雜的定制

需求。

(4)快速創(chuàng)建特征

Qualify12.0為繼續(xù)擴(kuò)展其功能和性能，針對(duì)如何加快檢測(cè)的過(guò)程，它除了通過(guò)在Ribbon

界面內(nèi)為許多功能重新設(shè)計(jì)了界面，還特別增加了快速創(chuàng)建特征等可用性增強(qiáng)功能。在該版

本中，快速創(chuàng)建特征是一鍵模式的，此模式可以使CAD模型中的幾何特征通過(guò)單擊就智能識(shí)

別并創(chuàng)建出相應(yīng)的特征來(lái)。

(5)具有權(quán)重的RPS對(duì)齊方式

Qualify12.0引入了基于權(quán)重的RPS對(duì)齊方式，所謂基于權(quán)重的RPS對(duì)齊方式即是在標(biāo)準(zhǔn)的

RPS對(duì)齊方式基礎(chǔ)上，允許定義權(quán)重值或通過(guò)調(diào)整對(duì)齊后的目標(biāo)公差來(lái)設(shè)定每個(gè)目標(biāo)定義的

約束的優(yōu)先對(duì)齊級(jí)別，以使得對(duì)齊結(jié)果更加精確。通過(guò)這種新的具有權(quán)重的RPS對(duì)齊方式提

供的一種智能控制方式，使得RPS對(duì)齊可遞交更加精確的分析報(bào)告。

(6)新型的組合測(cè)頭功能

原有的Qualify提供了各種硬件插件并支持多種文件格式類型。因此，在原有版本中將掃描

和硬測(cè)頭的打點(diǎn)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入Qualify中后，可將掃描數(shù)據(jù)快速換成檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)。新版

本Qualify12.0在原有版本提供的功能基礎(chǔ)上，優(yōu)化了硬測(cè)頭測(cè)量流程以便更好地運(yùn)用三維

掃描和硬測(cè)頭的綜合優(yōu)勢(shì)。最新的硬測(cè)頭功能可快速地將硬測(cè)頭和掃描測(cè)頭對(duì)齊到零件，迅

速?gòu)谋挥矞y(cè)頭測(cè)量或被掃描的特征中獲得尺寸注釋。這些都在一定程度上改善了因原有的硬

測(cè)頭和掃描測(cè)頭不兼容而產(chǎn)生的問(wèn)題。

(7)新增自動(dòng)化功能

GeomagicQualify12.0首次啟用了自動(dòng)化功能。該功能可以將從對(duì)齊到生成檢測(cè)報(bào)告的每

一過(guò)程自動(dòng)記錄下來(lái)，使用戶可以再利用已記錄的檢測(cè)流程、重復(fù)執(zhí)行，可以使用戶利用單

一的參考模型通過(guò)不同的步驟選項(xiàng)對(duì)若干個(gè)模型進(jìn)行若干次自動(dòng)檢測(cè)。除此之外，由于用戶

在定義好了檢測(cè)流程后，還常會(huì)有些變化發(fā)生，如需添加參考模型或增加某些特定的檢測(cè)項(xiàng)

目，此時(shí)，Qualify12.0可允許用戶快捷方便地重新調(diào)整現(xiàn)有的檢測(cè)流程來(lái)計(jì)劃并自動(dòng)化新

的檢測(cè)。具體有關(guān)這部分的內(nèi)容將在本書第11章介紹。

(8)支持Windows7操作系統(tǒng)

新版的Qualify12.0不僅支持Windows系統(tǒng)，還新增了支持Windows7操作系統(tǒng)的功能，這

是通過(guò)最新微軟操作系統(tǒng)認(rèn)證和測(cè)試的。

(9)更強(qiáng)大的葉片模塊

Qualify12.0中提供的Blade葉片模塊提供了評(píng)估和檢測(cè)渦輪葉片、轉(zhuǎn)子、定子和組件的專

門功能。具體的功能主要有用“點(diǎn)和線”模擬“邊對(duì)定位銷”來(lái)執(zhí)行渦輪葉片對(duì)齊、分析復(fù)

雜的渦輪葉片幾何尺寸、執(zhí)行渦輪葉片的二維扭曲分析、分析復(fù)雜的葉片內(nèi)部?jī)汉纬叽绲取?/p>

這些新增的功能在很大程度上滿足了某些特定行業(yè)的需求。因只是特定行業(yè)中才用到，因此

本書不再詳述。

由上述對(duì)GeomagicQualify12.0的功能及特點(diǎn)的概述,GeomagicQualify12.0作為一種

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)軟件，它除了具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)外，還起到了其他計(jì)算機(jī)

輔助技術(shù)之間，如CAD與CAM,CAE與CAI間所缺乏的聯(lián)系渠道的作用。該軟件實(shí)現(xiàn)了在CAD

模型與實(shí)際零部件間進(jìn)行快速、明了的色譜圖比較，在很大程度上避免了測(cè)量過(guò)程中人為因

素的影響，減小對(duì)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的依賴，提供更加廣泛的測(cè)量結(jié)果。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的比較，可以統(tǒng)

一分析基準(zhǔn)，使得各個(gè)方案之間具有可比性。利用自動(dòng)生成報(bào)告，可以方便不同方案的對(duì)比。

借用可重復(fù)性的自動(dòng)檢驗(yàn)功能來(lái)快速確保對(duì)比結(jié)果的準(zhǔn)確性。由此，該檢測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)了完全

數(shù)字化的測(cè)量環(huán)境，從根本上解決了各計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)間的數(shù)據(jù)交流和“信息孤島”現(xiàn)象，

建立了公司內(nèi)各部門間的合作紐帶。

由于GeomagicQualify12.0具備的上述多種功能及特點(diǎn)，它常被用于產(chǎn)品的首件檢驗(yàn)、在

線檢驗(yàn)或車間檢驗(yàn)、供應(yīng)商質(zhì)量管理、趨勢(shì)分析、2D和3D幾何測(cè)量、特征比較以及自動(dòng)報(bào)

告等。

本書將主要對(duì)計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)中常應(yīng)用到的軟硬件設(shè)備使用方法進(jìn)行介紹。在第3和第

4章中結(jié)合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)等硬件設(shè)備的檢測(cè)，對(duì)PC-DMTS軟件的操作過(guò)程進(jìn)

行詳細(xì)的介紹，在第5?11章重點(diǎn)對(duì)GeomagicQualify12.0的操作進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1.3計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、光電技術(shù)和檢測(cè)傳感技術(shù)的發(fā)展，以及隨著企業(yè)質(zhì)量意識(shí)不斷

加強(qiáng)和現(xiàn)代質(zhì)量理念的逐漸建立，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，檢測(cè)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)

技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位與作用已發(fā)生了很大變化，取得了前所未有的發(fā)展。從總體趨勢(shì)

來(lái)看，計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在提高檢測(cè)精度、擴(kuò)大檢測(cè)范圍，以及將檢測(cè)技

術(shù)與其他功能技術(shù)相集成三個(gè)方面。

1.3.1檢測(cè)精度

如今，在競(jìng)爭(zhēng)II益激烈的商品市場(chǎng)上，某產(chǎn)品要占據(jù)有利的市場(chǎng)地位，其質(zhì)量的高低會(huì)占有

很大的權(quán)重。一個(gè)高質(zhì)量產(chǎn)品的產(chǎn)生，必定會(huì)有一整套的高要求的系統(tǒng)作支撐，主要有高精

度的機(jī)械加工設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等?譬如說(shuō)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和制造水平的提高，在家電、

S機(jī)、汽車等零部件中出現(xiàn)了大量的自由曲面。用戶對(duì)曲面零件的精度要求也越來(lái)越高，這

就要求一種高精度的檢測(cè)設(shè)備來(lái)檢測(cè)制造出來(lái)的零件是否符合其要求。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的初期，主要是借助傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)測(cè)量的，但由于傳統(tǒng)的

CMM只能用于硬質(zhì)零件的檢測(cè)，其測(cè)量原理有限，而且在檢測(cè)過(guò)程中傳統(tǒng)的CMM技術(shù)需要與

零件接觸，會(huì)造成不必要的累積誤差。因此，隨著各種技術(shù)如機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、傳感器技術(shù)的

發(fā)展，非接觸式的掃描儀己被廣泛用于計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)過(guò)程中，這不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)CMM的一

些缺陷，還在一定程度上提高了檢測(cè)效率。隨著對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)加工精度和

檢測(cè)精度的要求也日益提高，目前出現(xiàn)的納米級(jí)測(cè)量機(jī)就是這一發(fā)展的體現(xiàn)。

隨著各種技術(shù)的飛速發(fā)展，在市面上各種各樣的檢測(cè)設(shè)備琳瑯滿目。如今，納米技術(shù)已向各

個(gè)行業(yè)不斷地延伸，納米測(cè)量機(jī)在市面上已應(yīng)運(yùn)而生。隨著它的誕生和成熟，測(cè)量精度又會(huì)

有一個(gè)很大的提升。

1.3.2檢測(cè)范圍

檢測(cè)技術(shù)不僅是產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)定的技術(shù)手段，更是引導(dǎo)人們由宏觀向微觀、由粗略到精細(xì)過(guò)程

的關(guān)鍵技術(shù)。

測(cè)量元素之間的距離，是測(cè)量機(jī)最為常用的項(xiàng)功能。隨著計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，

檢測(cè)的范圍不僅在橫向上由二維向三維發(fā)展，而且在縱向上也朝著巨型化和微型化兩個(gè)方向

發(fā)展。

在CAD三維軟件問(wèn)世之前，人們只是用二維的CAD來(lái)進(jìn)行傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)。因?yàn)闆](méi)有需求，

那時(shí)的檢測(cè)范圍也就停留在了二維世界里。隨著CAD三維軟件的問(wèn)世到不斷發(fā)展到如今的廣

泛應(yīng)用，檢測(cè)技術(shù)也在隨之慢慢成長(zhǎng)。借助計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)中的相關(guān)軟件對(duì)實(shí)際零部件

進(jìn)行檢測(cè)，可以得到其完整的31）偏差尺寸以及任意指定的21）截面誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零部件的

全面數(shù)字化檢測(cè)。

除了空間范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)有所拓展外，在尺寸上它也有所擴(kuò)展。隨著大尺寸零件

和裝配件的檢測(cè)要求，如汽車整車檢測(cè)、工程機(jī)械檢測(cè)等，都對(duì)計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)提出了

新的要求。為了適應(yīng)這種需求，如今的檢測(cè)系統(tǒng)的尺寸也是越來(lái)越大，如目前的大三坐標(biāo)測(cè)

量機(jī)可以做到十幾米以上。

在小尺寸方面，現(xiàn)今的大多測(cè)量?jī)x器都依靠一些電子器件來(lái)支撐。隨著計(jì)算機(jī)集成技術(shù)越來(lái)

越發(fā)達(dá)，如今電子類產(chǎn)品的集成電路芯片也越來(lái)越小，因此微型測(cè)量?jī)x器也獲得了迅速的發(fā)

展。不僅如此，近年來(lái)納米測(cè)量機(jī)的出現(xiàn)，也體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)范圍實(shí)現(xiàn)了

微型化。隨著它的出現(xiàn)，人們可以從更微觀的方向出發(fā)，在傳統(tǒng)的測(cè)量方法基礎(chǔ)上，應(yīng)用先

進(jìn)的納米測(cè)量機(jī)解決應(yīng)用物理和微細(xì)加工中的納米測(cè)量問(wèn)題，分析各種測(cè)試技術(shù)，提出改進(jìn)

的措施或新的測(cè)試方法。

1.3.3檢測(cè)功能集成

1995年，伴隨上海大眾新車型“桑塔納2000”的下線，誕生了國(guó)內(nèi)第一個(gè)裝備了先進(jìn)的大型

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的車身測(cè)量室，由于當(dāng)時(shí)產(chǎn)品型面的表達(dá)還未采用CAD數(shù)模，故CMM執(zhí)行的仍是

坐標(biāo)測(cè)量。自20世紀(jì)90年代末、21世紀(jì)初起，以覆蓋件、車身測(cè)量為切入點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輔助

檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)汽車制造業(yè)有了快速的發(fā)展。由此，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)逐漸成為生產(chǎn)測(cè)量室的主體，

并越來(lái)越多地連入生產(chǎn)線成為工藝過(guò)程的一部分，直接用于在線檢測(cè)，極大地提升了企業(yè)的

質(zhì)量監(jiān)控能力。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)特點(diǎn)是檢測(cè)功能集成。檢測(cè)要在確保精度指標(biāo)的同時(shí)，強(qiáng)

調(diào)其高速度、高柔性、很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的能力。由此，該技術(shù)的功能集成不

僅體現(xiàn)在其檢測(cè)儀器內(nèi)部的功能集成，更重要的是檢測(cè)設(shè)備與外部設(shè)備的功能集成。

檢測(cè)儀器之間的功能集成是為了滿足多種檢測(cè)需要而形成的。在實(shí)際檢測(cè)或逆向工作中，根

據(jù)零件幾何形狀的復(fù)雜程度和特點(diǎn)，有時(shí)需要采用不同的測(cè)量手段進(jìn)行測(cè)量，以獲得較好的

測(cè)量結(jié)果。譬如，對(duì)于普通曲面形狀來(lái)說(shuō)，激光掃描的點(diǎn)采集速度就很快，效率很高。而對(duì)

于需要進(jìn)行精確定位的檢測(cè)來(lái)說(shuō)，接觸式測(cè)量則有其高精度、準(zhǔn)確性好的特點(diǎn)。由于不同測(cè)

量手段的這種差異性和互補(bǔ)性，在一定程度上促進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用到的檢測(cè)儀

器要有功能的集成。

H前的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)越來(lái)越多的具有兩種或以卜一的集成測(cè)量功能，如接觸式測(cè)量與激光測(cè)量

的集成，或激光測(cè)量與影像測(cè)量的集成，甚至還有這三種功能的集成等。這種功能集成的檢

測(cè)方法，應(yīng)用范圍廣泛，在保證高精度的同時(shí)，還大大提高了檢測(cè)的效率。

除了檢測(cè)儀器內(nèi)部之間的功能集成外，通過(guò)對(duì)檢測(cè)設(shè)備如CMM的輔助設(shè)施進(jìn)行一定的改造，

事實(shí)證明，這也會(huì)讓檢測(cè)設(shè)備極大地發(fā)揮出其強(qiáng)大的功效。特別是當(dāng)其與外接設(shè)備進(jìn)行對(duì)接

實(shí)現(xiàn)功能的集成時(shí)，會(huì)使整個(gè)產(chǎn)品的加工、檢測(cè)過(guò)程的效率提升一個(gè)很大的幅度。

德國(guó)著名的Leitz公司近年研制的一體化工件輸送、裝夾、定位系統(tǒng)就是典型的例子，輸送

小車、滑臺(tái)、專用夾具成為一體，能與測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，在夾具上準(zhǔn)確裝夾、

定位的工件由滑臺(tái)送入CMM,即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量。從而大大節(jié)省了輔助時(shí)間，提高了功效。

不僅如此，在不久的將來(lái)，就會(huì)有在產(chǎn)品的加工過(guò)程中進(jìn)行全面的產(chǎn)品質(zhì)量控制檢測(cè)閉環(huán)系

統(tǒng)裝置出現(xiàn)。在這種閉式加工系統(tǒng)中，當(dāng)數(shù)控機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行切削加工時(shí)，一束激光將對(duì)工

件進(jìn)行高速掃描檢測(cè)，并將測(cè)得的尺寸信息下載到機(jī)床的CNC數(shù)控系統(tǒng)，CNC系統(tǒng)中連接有

一個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）軟件程序，工件尺寸信息即被下載到該程序中。如果任何一個(gè)工件

尺寸呈現(xiàn)偏離預(yù)設(shè)公差的趨勢(shì)，SPC程序?qū)?duì)切削程序作出必要的偏移補(bǔ)償或向操作者報(bào)警。

然后SPC程序?qū)⑾驒C(jī)床的CNC數(shù)控程序發(fā)出檢查刀具的指令，以確定刀具是否發(fā)生崩損或過(guò)

度磨損。以上過(guò)程在幾秒鐘之內(nèi)即可完成。這種在線質(zhì)量控制加工的方法將成為一種高效率

的工件加工、檢測(cè)并行的有效方式。

隨著在機(jī)床上引入測(cè)頭用于工件位置的檢測(cè)，在線質(zhì)量控制技術(shù)即已發(fā)端。未來(lái)，將會(huì)出現(xiàn)

用一個(gè)或多個(gè)測(cè)頭來(lái)指導(dǎo)工件加工之前的夾具裝夾，加工過(guò)程中指示加工的誤差并及時(shí)反饋

到加工系統(tǒng)來(lái)修正加工誤差（如果誤差太大或是實(shí)在難以加工，還可以直接將所測(cè)得的誤差

傳送到零件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，直接對(duì)零件的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行