3D數模的CMM曲面檢測技術(shù)

　　對齊(Align)是三坐標測量機軟件的一項重要內容，無(wú)論有無(wú)數模，都必須通過(guò)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(lèi)零件，基本都采用3-2-1方式建坐標，利用面、線(xiàn)、點(diǎn)特征來(lái)確定坐標軸和原點(diǎn)，通過(guò)建立工件坐標系來(lái)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(lái)作為建坐標基準，以減小對齊產(chǎn)生的誤差。通常，對于建立的坐標系，還需要可以進(jìn)行平移、旋轉等操作，以產(chǎn)生新的對齊。

　　對于不規則形體，計算就要復雜得多。如果工件上有明確的特征點(diǎn)，如3個(gè)孔心，則通常測量出實(shí)際值，與理論值對應，進(jìn)行3點(diǎn)找正。

　　我們經(jīng)常會(huì )遇到工件上沒(méi)有明確特征的情況，即我們無(wú)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(diǎn)觸發(fā)采數的測量機，通常是軟件在數模曲面上選取多點(diǎn)作為目標點(diǎn)，所選取的點(diǎn)應能在全部6個(gè)自由度上固定零件，以防零件出現旋轉和移動(dòng)，然后將測量機移動(dòng)到工件上盡量對應的位置采集實(shí)測點(diǎn)，軟件將測量點(diǎn)在數模上目標點(diǎn)的附近區域進(jìn)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(shí)，將指導你重新測量到更接近的點(diǎn)進(jìn)行更準確的計算。

　　還有種情況是直接測量多個(gè)點(diǎn)，軟件將該點(diǎn)群與理論數模進(jìn)行最佳匹配計算，將點(diǎn)群與數模一步步對齊，直到點(diǎn)群與數模的偏差均方根最小。該方法點(diǎn)數越多越準，但同時(shí)計算越復雜，對計算機要求較高，通常在掃描點(diǎn)云的對齊中，用得比較多。

　　盡管每種軟件關(guān)于對齊都有不同的分類(lèi)和特點(diǎn)，但基本主要采用以上方法。

　　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(huì )帶來(lái)測尖補償的問(wèn)題。

　　對于平面、圓等標準特征，可以通過(guò)整體偏置的方式自動(dòng)補償測頭，對于連續掃描的曲線(xiàn)，也可以用同樣的方式自動(dòng)處理。但對于曲面測量時(shí)經(jīng)常遇到的單點(diǎn)測量，如何解決測尖補償問(wèn)題呢?

　　要單獨對一點(diǎn)進(jìn)行補償，則必須知道補償的方向矢量，也即是接觸點(diǎn)處的法向矢量方向。為了找到該法線(xiàn)方向，比較準確的做法是，在測點(diǎn)的周邊測量個(gè)微平面，以該微平面的法向視為測點(diǎn)處曲面的法向，從而完成測尖補償。

　　對于工件測點(diǎn)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(diǎn)數，也可以不測量微平面，軟件直接以測點(diǎn)刺穿數模的方向矢量進(jìn)行測尖補償，即以數模上該處的法向矢量代替工件上實(shí)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(wèn)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(jiǎn)單。對于圓等標準特征，軟件只需要能從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(dòng)測量來(lái)說(shuō)，就可以直接根據數模特征進(jìn)行編程，指導機器運行到特征的理論值位置附近進(jìn)行測量。

　　對于曲面工件上的點(diǎn)，通常分為曲面點(diǎn)和邊緣點(diǎn)，有的軟件分得更細。對于曲面上的點(diǎn)，通過(guò)直接測量，測量點(diǎn)沿數模曲面法向投影到曲面上，即可獲得理論點(diǎn)。但邊緣點(diǎn)就不同了，邊緣是CAD曲面的邊界所在，例如，鈑金件的邊，最簡(jiǎn)單的如方體的棱邊等。如果要檢測邊緣上的點(diǎn)，由于測針無(wú)法直接準確測量到，并且測頭的補償方向無(wú)法確定，因此，無(wú)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(diǎn)，可以在其兩邊測點(diǎn)。此例采用前3點(diǎn)用于確定上面，第4,5點(diǎn)確定邊界方向，而最后一點(diǎn)6確定目標點(diǎn)的位置，其投射到前面確定的邊所產(chǎn)生的點(diǎn)，視為邊緣測量點(diǎn)，其理論值為數模中曲面邊緣距其最近點(diǎn)。

　　通過(guò)以上方式，即可實(shí)現邊緣點(diǎn)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