3D數模的CMM曲面檢測技術(shù)

1.引言

　　三坐標測量技術(shù)迅速發(fā)展，而配套檢測軟件的發(fā)展，更是突飛猛進(jìn)。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(hù)的絕大部分問(wèn)題。軟件日益成為影響用戶(hù)使用好壞的關(guān)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(lái)說(shuō)，通常是設計部門(mén)提供二維圖紙，檢驗部門(mén)根據圖紙對工件進(jìn)行尺寸及形位公差的檢測。隨著(zhù)三維CAD軟件的應用，越來(lái)越多的技術(shù)部門(mén)使用三維CAD建模技術(shù)進(jìn)行設計。因此，各坐標機廠(chǎng)家紛紛推出了基于三維CAD技術(shù)的測量軟件，直接將客戶(hù)設計好的三維CAD模型導入測量軟件進(jìn)行檢測。這樣做的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行測量仿真，測頭干涉檢查等，所以，受到用戶(hù)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(diǎn)。

　　在CAD設計中，一般的規則工件通過(guò)基本的特征命令即可完成三維實(shí)體設計，比如拉伸、打孔等，對于此類(lèi)工件的檢測，相對比較簡(jiǎn)單。隨著(zhù)工業(yè)造型的發(fā)展，以及加工中心的應用，越來(lái)越多的工件被設計成復雜的形狀表面，比如覆蓋件、內飾件等。曲線(xiàn)曲面的建構技術(shù)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(zhuān)門(mén)的曲線(xiàn)、曲面處理模塊，使得用戶(hù)可以設計出B級甚至A級曲面。曲面類(lèi)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

　　3.1傳統測量方法

　　在沒(méi)有采用CAD數模的情況下用三坐標測量機對曲面件檢測，通常是，先在CAD軟件里用相關(guān)命令在曲面數模上生成截面線(xiàn)和點(diǎn)的坐標，以此作為理論值，控制測量機到對應的位置，進(jìn)行檢測，并比較坐標值的偏離。這種方法需要設計人員額外提供理論數據，同時(shí)測頭測尖球徑的補償不容易準確實(shí)現，對于單點(diǎn)測量來(lái)說(shuō)，由于無(wú)法確定矢量方向，測頭的補償根本無(wú)法實(shí)現。因此，這種辦法具有一定的局限性。

　　3.2基于3D數模的測量

　　利用曲面數模對曲面進(jìn)行檢測是CMM測量技術(shù)發(fā)展的需要。由于曲面建構技術(shù)比較復雜，在CAD應用范疇里也屬于高端技術(shù)，一般由專(zhuān)業(yè)的CAD/CAM系統完成。在測量軟件內，則是通過(guò)導入設計數模而利用的問(wèn)題。為了實(shí)現這一目的，就必須解決好四個(gè)方面的技術(shù)問(wèn)題：數模導入接口、對齊、測尖補償、理論值捕獲。

　　一、數模導入接口

　　利用數模進(jìn)行檢測，首先要做的工作，當然是保證數模正確導入到測量軟件。事實(shí)上，由于技術(shù)、利益等眾所周知的原因，全世界各大CAD制造商各自開(kāi)發(fā)著(zhù)不同的軟件和格式，例如國內影響比較大的UG、PROE、CATIA等，均不能直接互讀文件。

　　為了解決這一矛盾，國際上建立了一系列的數據交換標準，如國際標準數據交換STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)，美國的初始圖形交換標準IGES (Initial Graphics Exchange Specification)等。盡管IGES標準存在數據文件大、轉換時(shí)間長(cháng)、信息不夠全等缺點(diǎn)，但不可否認，它是目前應用最廣泛的接口標準，絕大部分CAD軟件均支持該標準，我國也將IGES作為推薦標準。

　　目前具備數模檢測功能的測量機軟件，均支持IGES格式。差異基本上主要體現在復雜數模輸入后個(gè)別曲面的丟失、破損，還有就是導入速度的快慢。對于一個(gè)10M的數模，有的可能用幾十秒鐘，有的可能要幾分鐘。目前市面上比較有名的CMM測量軟件，均基本較好的解決了這一問(wèn)題。圖1為中測量?jì)x自主研發(fā)的ZCRMDT測量軟件，導入數模到檢測軟件的情況，數模大小46M多。

　　針對目前主流CAD軟件，一些測量機軟件商也開(kāi)發(fā)了各種直讀接口，如UG文件直讀、PROE文件直讀等，不需中間文件格式轉換，避免了轉換帶來(lái)的影響。不過(guò)，這種接口一般都需要另外購買(mǎi)。