（测试计量技术及仪器专业论文）坐标测量机软件系统开发及几何量评定技术研究.pdf

坐标测量机软件系统开发及几何量评定技术研究 摘要 三坐标测量机因其通用性强、测量精确可靠、可方便地进行数据处理与程 序控制，被广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业领域中。坐标 测量机经历了从一维测量到二维测量再到三维测量由简到繁的过程，从理论上 讲三维测量可以对空间任意处的点、线、面及相互位置进行测量。三维测量即 将被测物体置于三坐标测量机的测量空间中，可获得被测物体上各测点的坐标 位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测几何尺寸、形状、 和位置。三坐标测量机的测量软件是它的重要组成部分，各种处理与运算功能 的实现都与测量软件密切相关。三坐标测量机的测量软件是三坐标测量机的大 脑，在整个三坐标测量机中起到了非常关键的作用。本文对三坐标测量机的几 何量的测量与评定以及三坐标测量机的软件开发进行了研究。 通过对三坐标测量机采集的数据即空间中任意点( 含x ，y ，z 坐标值) 的 处理，建立了空间标准几何量的模型。本文中建立的空间标准几何量有空间直 线、空间平面、空间平面上的圆、空间球、空间圆柱、空间圆锥等。并通过采 集数据进行相应的误差评定。 在软件开发方面完成了平行双关节坐标测量机测量软件的界面以及各种几 何量拟合图形的显示。基于v i s u a lc + + 6 0 利用界面开发库p r o f - u i s 进行了坐 标测量机测量软件界面的设计；利用o p e n g l 函数库和o p e ni n v e n t o rc o i n 3 d 图形丌发库进行了对几何量图形显示的丌发。 针对空间中直线、平面、圆、球体、圆柱体、圆锥体的模型构建和误差评 定的算法做了大量的研究，对文中提出的数据处理方法做了大量的实验，并且 与成熟的三坐标测量机测量软件的测量结果进行了比对，证明了本三坐标测量 机测量软件数据处理比较准确可靠，操作比较方便。相信通过不断的努力完善， 本坐标测量机软件一定可以以其美观、人性化的操作界面和完善的功能给测量 人员带来方便，提高工作效率。 关键词：三坐标测量机；测量软件；几何量；界面；图形： t h es t u d yo ns o f t w a r ed e v e l o p m e n to fc m m a n d t e c h n o l o g yo fg e o m e t r i c a l a s s e s s m e n t a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o n so fc m m h a v ep l a y e dag r e a tr o l ei nt h ef i e l d so fm a c h i n e r y m a n u f a c t u r i n g ，e l e c t r o n i ci n d u s t r y ，a u t o m o b i l ei n d u s t r yo ra e r o s p a c ei n d u s t r y a n d s oo nd u et oi t sf e a t u r e so fc o m m o n a l i t y ，a c c u r a c y ，r e l i a b i l i t ya n dc o n v e n i e n c e f o r d a t at r a n s m i s s i o na n da u t o m a t i cc o n t r o lo fp r e p r o g r a m t h ed e v e l o p m e n to fc m m h a sg o n et h r o u g hap r o c e s sw h i c hw a ss y m b o l i z e db yt h ef e a t u r e s n a m e df r o m o n e d i m e n s i o n t h e nt w o d i m e n s i o n t ot h r e e d i m e n s i o n t h e o r e t i c a l l y t h r e e d i m e n s i o n a lm e a s u r e m e n tc a nl o c a t ea n yp o i n t ，l i n e ，p l a n eo rt h e i rp o s i t i o n s ， w h o s ep r o c e s sw i l lb ei l l u s t r a t e da sf o l l o w i n g f i r s t i ts e t st h eo b je c tt ob e m e a s u r e di nt h ew o r k p l a c eo fc m m t h e n i tc a ng e tt h ec o o r d i n a t ep o s i t i o no ft h e m e a s u r e dp o i n t f i n a l l ya c c o r d i n gt ot h e s ec o o r d i n a t ev a l u e si tc a ac a l c u l a t et h e m a n dm e a s u r et h eo b j e c t ss i z e ，s h a p eo rp o s i t i o n t h es o f t w a r ec o n s t i t u t e s a n i m p o r t a n tp a r to fc m m ，w h i c hi sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ei m p l e m e n t so fa l lk i n d s o f t r a n s m i s s i o n sa n dc a l c u l a t i o n s t h e r e f o r ei t i ss a i dt h a ts o f t w a r ei st h eb r a i no f c m m ，w h i c ht a k e sg r e a te f f e c t s 。t h i st h e s i s w i l ld e e p l ye x p l o r et h es t u d yo n s o f t w a r ed e v e l o p m e n to fc m m a n dt h et e c h n o l o g yo fg e o m e t r i c a la s s e s s m e n t ，t h i st h e s i sw i l ie s t a b l i s ham o d e lo fs t a n d a r dg e o m e t r i ca m o u n t si ns p a c e b a s e do nt h ed a t ac o l l e c t e db yc m m ，w h i c hc o m ef r o mt h et r e a t m e n to fa r b i t r a r y p o i n t ( i n c l u d i n gt h ec o o r d i n a t ev a l u e so fx ，ya n dz ) t h e s ea m o u n t si n c l u d es p a c e l i n e ，s p a c ep l a n e ，s p a c ec i r c l e ，s p a c es p h e r e ，a n ds p a c ec y l i n d e ra n ds p a c ec o n e ， w h i c hw i l ld e a lw i t ht h ee r r o ra s s e s s m e n t sa f t e rd a t ag a t h e r i n g m o r e o v e rt h i st h e s i sw i l lc o m p l e t et h ed i s p l a yo ft h ei n t e r f a c eo fc m m a n do f k i n d so ff i t t i n gg r a p h so nt h el e v e lo fs o f t w a r e i tw i l lp e r f e c tt h ei n t e r f a c eo fc m m i ns o f t w a r eb a s e do nv i s u a lc + + 6 0a n dp r o f - u i sa n dt h ed i s p l a yo fg r a p h sb a s e d o no p e n g la n do p e ni n v e n t o rc o i n 3 d a c c o r d i n gt ot h em o d e lc o n s t r u c t i o n so fl i n e ，p l a n e ，c i r c l e ，s p h e r e ，c y l i n d e r a n dc o n ei nt h es p a c e ，a n dt oan u m b e ro fr e s e a r c h e so fe r r o re v a l u a t i o n ，w eh a v e d o n el o t so fe x p e r i m e n tw i t ht h em e t h o d sw h i c ha r ep r o p o s e dt od e a lw i t ht h ed a t a i nt h i st h e s i sa f t e rc o m p a r i n gw i t ht h em o r em a t u r es o f t w a r ei nc m m t h er e s u l t s w i l ls h o wt h a tt h er e l i a b i l i t yo ft h i ss o f t w a r eo fc m mi nd a t at r a n s m i s s i o nc a nb e g u a r a n t e e d ，a n d i ta c c o r d sw i t ht h ed e m a n d so ns t r o n gf u n c t i o na n df a s t c o n v e n i e n c e f u r t h e r m o r ea f t e rb e i n gi m p r o v e dc o n s i s t e n t l y ，w eh a v ec o n f i d e n c e t h a ti tw i l li m p r o v et h ew o r k i n gc i r c u m s t a n c ea n dc o n d i t i o n sa n dt h ew o r k i n g e f f i c i e n c yo ft h es t a f fo w i n gt oi t sc o n v e n i e n c ea n db e a u t i f u lo p e r a t i o ni n t e r f a c e k e y w o r d s ：c m m ；m e a s u r e ds o f t w a r e ；g e o m e t r i ca m o u n t ；i n t e r f a c e ；g r a p h ； 插图清单 卜l 平行双关节坐标测量机结构2 2 1 平行双关节坐标测量机软件系统构成4 2 2 平行舣关：仃坐标测量机测量软件界面整体效果图9 2 3 平行舣关节坐标测量机测量软件测量过程图示10 2 4 平行舣关节坐标测量机测量软件测越过程图示10 3 1 空间直线度测颦l2 3 2 空间直线度测量程序流程幽14 3 3 空间平面度测量l5 3 4 空间平面度测鼙程序流程幽17 3 5 空间倒度测培18 3 6 空间圆度测量程序流程图20 3 7 带端面的空间圆一l 件20 3 8 空间中任意1 1 ；) = 置圆的测量2l 3 9 被测圆向拟合平面的投影23 3 10 带端面圆圆度误差测量程序流程图23 3 1 l 空间球度误差测量24 3 12 空间球度误差测量程序流程图26 3 13 空间圆柱度测姑26 3 14 空间剧柱度测茸程序流程图28 3 15 空间圆锥度测量29 3 一l6 计算恻锥要素示意图29 3 17 圆锥度计算示意幽30 3 18 空间圆锥度测鼙程序流程图31 4 1 空间直线可视化33 4 2 空间平面可视化34 4 3 空间圆可视化35 4 4 空间球可视化36 4 5 空间圆柱可视化37 4 6 空间圆锥可视化38 图幽图图图幽圈图幽幽图图图幽图幽图幽幽图图幽图幽图图幽幽幽 表2 1 袭5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表5 5 表5 6 表5 7 表格清单 部分常见二坐标测封机测颦软件3 空间直线度误差评定实验数据39 空间平面度误差评定实验数据39 空间圆度误差评定实验数据40 空间中带端面圆的圆度误著评定实验数据4l 空间球度误差评定实验数据4 2 空间圆梓度误著评定实验数据42 空间恻锥度误若评定实验数据43 独创性声明 本人卢明所罕交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究t 作及取得的研究成果。据我所知，除 了文巾特别加以标j 占和致谢的地方外，论文中小包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得金巴工些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同丁作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文巾作了明确的说明并表示谢意。 学位沦文作者签汛签字日期：z 。矿年尹月z 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金d 巴工业太堂有关保留、使用学伉论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交沦文的复印件和磁棉：，允许论文被查阅或借阅。本人授权 金墨工些太堂可以 将学f 7 = 论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制于段 保存、汇编学位沦文。 ( 保密的学位沦文在解密后适用本授权部) 学何沦文冉。签名： 警r 日期：2 ，衫年7 月l 7 日 学能论文作者毕业后去向； 丁作币位： 通汛地址 掷始孑誓拗 签字日期：为k 五日 电话： 邮编： 致谢 首先，对我的导师于连栋副教授表示衷心的感谢，本文以及两年多以来我 所做的课题任务都是在于老师细致、耐心的指导下完成的。于老师敏捷的思维、 渊博的知识、踏实严谨的治学态度、积极勤恳的工作作风都给我留下深刻的印 象，并成为了我将来工作的榜样。 其次，在本课题完成的过程中得到了博士生程文涛学长的大力帮助，在此 对程文涛学长表示衷心的感谢；同时还有实验室的王宏涛老师以及其他在我进 行课题研究过程中给予帮助的老师和同学，在此一并致以最真挚的谢意。 最后，感谢养育我多年并一直支持我、鼓励我的父亲和母亲。 作者；李航 2 0 1 0 年4 月9 日 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 在工业生产加工和测试计量领域中，几何量的测量与误差评定有着非常关 键的作用，它不但是所加工产品工艺水平的反映，也决定着该产品是否能够很 好的达到预期设计的效果，是否能够满足产品设计功能的要求。三坐标测量机 正是检验被加工产品与理想设计产品之间关系的工具。三坐标测量机通过对被 测物的几何特征进行适当的数据采集，对这些几何量数据进行处理得出相应几 何量关键要素的数据指标供给检测人员进行分析。但是当j j 大多数的三坐标测 量机的测量软件设计的还不够简捷方便，只有专业领域的检测人员才能熟练操 作，而非专业人员或者是经验比较少的学生和研究人员都要通过繁琐的培训才 可以逐步掌握它的使用方法。这对企业和研究机构的工作效率大打折扣。 本论文的研究目的就是要通过理论与实际经验相结合开发三坐标测量机的 测量软件，该测量软件能够进行高速且稳定的检测、计算；实现比较完善的测 试计量功能；捌有一个比较美观简捷的操作界面，令测量人员操作起来方便、 省时，同时对几何量的误差评定进行深入的研究。通过自主研发坐标测量机测 量软件，了解并掌握其关键性问题及其解决方法，提高整个项目的自主知识产 权并为扩展更强大的功能做知识技术储备。 在软件开发中使用v i s u a lc + + 6 0 调用图形开发包p r o f - u i s 和o p e n i n v e n t o rc o i n 3 d 图形函数库以及o p e n g l 完成软件界面和被测几何量拟合可视 化的实现。 本课题得到了国家自然基余的资助。 1 2 简介平行双关节坐标测量机 三坐标测量机从出现至今已经有半多个世纪的历史，按照不同的划分标准 可以划分为许多种。 如果根据三坐标测量机的机械结构与运动形式进行分类的话主要有：移动 桥式、固定桥式、龙门式、悬臂式、水平臂式、坐标镗式、卧镗式、和仪器台 式等。以上各种结构形式的三坐标测量机都是建立在具有三根相互垂直轴的正 交坐标系基础上的。为了测量操作的方便还有非正交坐标系测量机( 柔性三坐 标测量机) 如六自由度关节臂式坐标测量机和平行双关节坐标测量机等。 平行双关节坐标测量机具有体积小巧、运动灵活等特点。与大型的正交式 三坐标测量机相比它可以方便的从一个测量任务地点带到另外一个测量任务地 点。 1 3 平行双关节坐标测量机的结构与工作原理 本课题来源于国家自然基金“平行双关节坐标测量机关键技术研究”。 平行双关节坐标测量机属于非正交坐标系三坐标测量机，它的结构如图所 示。 图1 1 平行双关节坐标测量机结构 上图中与固定在基座上面的轴连接的套筒即为一个关节，它可以绕轴进行 3 6 0 度的自由转动。在该套筒中安置一个圆光栅角度编码器用于测量、记录该 关节所转动的角度。第一个关节结构通过一个平板结构构成关节臂与另外一个 关节连接。这个关节通过与另外一个平板结构连接构成第二个关节臂。它可以 绕与基座主轴平行的轴自由转动，也是通过在该关节处放置圆光栅角度编码器 测量、记录这个关节臂所转动的角度。与该关节臂的另一端连接的是测头装置， 在这个装置中安置一个导轨使测杆可以沿纵向自由的上下移动，通过长光栅记 录测头所移动的距离。 与正交坐标系三坐标测量机相比，平行双关节坐标测量机具有灵活方便的 优点。但是数学模型的建立非常复杂，尤其坐标系与坐标的变换非常繁琐。但 是该问题已经随着计算机技术的发展迎刃而解。本课题中平行双关节坐标测量 机丁e 是利用两个角度编码器记录下来的角度值与一个纵向距离值再加上两个关 节臂的长度通过计算机数学模型的建立与计算转换为空间任意测点的三坐标信 息。 1 4 本课题主要内容 本课题的主要任务是利用v i s u a lc + + 6 0 开发平行双关节三坐标测量机测量 软件，使该测量软件具有入性化的操作界面，并且通过对空阳 基本几何量测量 与误差评定的算法进行深入研究，使该测量软件实现基本空间几何量的测量与 误差评定功能。通过该软件可以实时的观测到整个平行双关节坐标测量机的运 动状态与被测几何量的拟合图像。通过对测量数据进行理论分析和实验来证明 该测量软件的实用性和便捷性。 2 第二章平行双关节坐标测量机软件开发 2 1 坐标测量机软件国内外研究现状 通用微机和小型机是现代三坐标测量机所主要采用的，操作系统主要是 m s d o s 、w i n d o w s 或u n i x 。三坐标测量机测量软件的生产厂家很多，产品 的种类与型号更是繁多。 当前国内外部分性能较好的三坐标测量机测量软件： 表2 1 部分常见三坐标测量机洲量软件【】 软件名开发者 操作系统 q u l n d o sl e i t z ，德国 v m s u n i t u t o r d e a ，卷人利m s d o s ，w i n d o w s m i cr o m e a s u r e b s ，英闭专用，u n i x m e s c a l l e i t z ，德周 专用 p o s c o m 天津人学，中国m s d o s ，w l n d o w s u m e s s z e i s s ，德周 u n l x m e t r o s o f t m e t r o m e c ，瑞l ： m s d o s e z d m l s q i t e c h ，中困 w i n d o w s p c d i m s w i l c o x ，瑞典 w i n d o w s 以p c d i m s 为例，它是目前最为流行的计量与检测软件之一。从简单的箱 体类工件一直到复杂的轮廓和曲面，该软件都可以令测量过程始终以高速度、 高效率和高精度进行。并且通过其简捷的用户界面，指导使用者进行零件编程、 参数设置和工件检测。同时，利用其一体化的图形功能，能够将检测数据生成 可视化的图形报告l 引。 目自玎国内有不少研究机构都在致力于开发出自己的三坐标测量机测量软 件，但是无论从美观程度、操作的简捷性以及所涉及的功能来说还是没有国外 商业领域的软件好。但一套国外的比较好的三坐标测量机测量软件价格昂贵， 要在近万元甚至更多。 2 2 平行双关节坐标测量机软件系统的构成 平行双关节坐标测量机测量软件主要由以下主要模块构成： 1 计算机与三坐标测量机( c m m ) 之间的数据通信，将角度编码器和位移 编码器的数字信号传输到计算机中。 圈2 1 平行双关节坐标测量机软件系统构成 2 坝0 点数据取舍认定，只有满足测力、测头偏移、测速等条件的测量点才被 采纳。 3 转换为空i 白j 直角坐标系。 4 通过测量软件程序进行数据处理，实现测量任务和误差评定功能。 2 3 软件界面与图形的开发 对于一款三坐标测量机的测量软件来说，如果只是能够单纯地的实现测试 计量功能的话是远远不够的。测量软件是整个三坐标测量机整体的一部分并且 对于三坐标测量机起着非常关键的作用【3 j 。如果把整个三坐标测量机比喻成一 个锤子的话，那么测量软件就是这个锤子的把手。如果这个锤子没有把手的话 那它不能完成任何工作，即使这个锤子有把手，但是这个把手做的不好不能让 人抓牢又或是它不能很好的固定锤头的话，那么这个锤子也无法很好的完成工 作。三坐标测量机的测量软件也是这个道理。无论这个三坐标测量机结构上设 计的多么巧妙，材料用的多么先进，硬件上搭建的多么完美，如果没有一个合 适的测量软件的话那它不可能完成任何测试计量功能。 三坐标测量机是在上一个世纪中期出现的，由于当时计算机技术发展的不 是很完善，软件业也没有当今的绚丽多姿，三坐标测量机的测量软件也都是局 限于功能的实现，并没有注重到操作性、人性化等对三坐标测量机产生重要影 响的因素，往往显示器所显示给测量人员的都是一行行、一列列的数字和专业 名词。这样是非常缺乏直观性的，对于测量人员来说也大大地降低了工作的效 率，极易产生工作疲劳。 随着现代科技的进步，软件行业的发展如同雨后春笋一般。可视化技术的 发展为三坐标测量机测量软件的发展极大地创造了条件。v i s u a lc + + 6 0 是由微 软公司研制的可视化应用程序开发工具。它的功能非常的强大，集成了包括输 入程序源代码的文本编辑器、设计用户界面的资源管理器以及检查程序错误的 集成调试器等工具。另外，它还提供了功能强大的向导工具，包括m f c 4 a p p w i z a r d 、c l a s s w i z a r d 、m f ca c t i v e xc o n t r o lw i z a r d 、和i s a p ie x t e n s i o n w i z a r d 等向导进行简化w i n 3 2 应用程序的开发。并且支持对数据库和i n t e r n e t 的强大支持。v i s u a lc + + 6 0 是i t 业界公认的最优秀的应用程序开发软件之一。 它支持多种语言的编译，最普遍的是c 、c + + 、c j f 等语言，c 语言编写的程序 面向的对象是过程，已经不能适应当今软件面向对象的要求。随着技术发展的 更高要求结合了设计模式的c + + 和c 撑已经取代了c 语言曾经的主导地位。 本课题软件开发工具采用了微软的v i s u a lc + + 6 0 ，并且c + + 语言是在c 语 言的基础上产生的，它不但包括了c 语言所有的内容还有了新的内容，如类、 继承、多念等【4 1 。由于增加了这些新的内容，c + + 语言的编程更适合面向对象 的编程，可以使本软件进行模块化的开发，软件开发的工作更适于多人开发， 更方便了不断地创新与不断地完善。 对软件界面的设计是一个吸取经验、仓u 叛和不断完善的过程。最初在软件 设计的初期我们也只是利用v i s u a lc + + 6 0 里自带的m f ca p p w i z a r d 来进行界 面的设计。但是后来通过对多款商用三坐标测量机测量软件界面的比较与经验 的借鉴，我们发现如果单纯的使用m f ca p p w i z a r d 来设计软件界面的话，虽然 在功能上并不影响实现的效果。但是在美观程度上就要相差很多。在众多的界 面丌发辅助工具中我们选择了p r o f - u i s 。 同时作为三坐标测量机的测量软件在许多功能中都会涉及到图像的显示。 过去的三坐标测量机测量软件之所以不直观，主要是因为缺少直观的图像显示 功能。如果有了这个功能的话，那么测量人员会对测量任务中所测量拟合以及 构造的工件的测量要素产生直观的了解。在v i s u a lc + + 6 0 中对图形的开发主 流的方法调用图形库o p e n g l 或者是利用其他的图形开发包。我们主要是利用 调用o p e n g l 与调用图形开发包o p e ni n v e n t o rc o i n 3 d 相结合的方法。这样做 就解决了在调用图形库o p e n g l 进行三维图形编辑需要大量代码的问题，又能 高效率的完成一切图形的高效率编程。 2 3 1p r o f - u i s 的介绍及在本软件丌发中的应用 p r o f - u i s ( p r o f e s s i o n a lu s e ri n t e r f a c e ) 是一个使用起来非常容易的由m f c 扩 展来的函数库，它能够帮助程序员按自己意愿完成w i n d o w s 程序界面的设计。 p r o f - u i s 是g u i ( 图形用户界面) 开发中的一个非常有用的工具，它可以帮助v c 程序员们在开发当今最急需的g u i ( 图形用户界面) 时节省大量的时间。 它具有如下功能【5 j ： 实时可变的m i c r o s o f to m c e2 0 0 0 、x p 、2 0 0 3 和2 0 0 7 风格外观； v i s u a ls t u d i o n e t 风格的可调大小c o n t r o lb a r ( 控制栏) ，可在拖动改变 大小时选择是否显示界面。这些c o n t r o lb a r ( 控制栏) 可以彼此相对的以各种 组合形式放置在主框架窗口和智能浮动容器中： 强大的颜色管理工具，它是由带阴影的颜色弹出式菜单( 颜色选择菜单) 、 颜色选择按钮、调色板控制、颜色选择控制以及颜色选择对话框构成的； 具有强大的t a bw i n d o w ( 标签) 功能。该功能支持类似在v i s u a ls t u d i o n e t 中自动隐藏的c o n t r o lb a r ( 控件栏) 区域中的分组模式，任意选择关闭按钮和 帮助按钮，他们的安放模式因t a bi t e m s( 标签条目) 放置方式的不同而不同， 可以是水平风格也可以是垂直风格的，并且能够像c o n t r o lb a r ( 控件栏) 那样 自动停靠于父窗口的左侧、右侧、上面或下面； 可定制的工具栏、菜单和键盘加速键： 带阴影、动画效果以及常用不常用命令的弹出式菜单以及w i n d o w s2 0 0 0 风格的工具提示窗口； 自动支持m r u ( 最近经常使用) 文件列表和m d i 窗1 3 的m e n ub a r ( 菜单 栏) ，用于m d i s d i 主框架和m d i 子框架的系统菜单以及用于程序的工具栏 和可调尺寸的控件栏； m d i 风格的t a bw i n d o w ( 标签窗口) 可以自动停靠在父窗口的左侧、右侧、 上面或下面，并且将自己的边界与周围m d i 客户区的边界结合，就像v i s u a l s t u d i o n e t 中的那样； 加强了功能的大小可变的对话框、属性单和属性页： 加强了功能的具有f l a t s e m i f l a t ( 平面半平面) 风格的标准控件：具有可 选的自动完成、编辑功能的组合框，以及具有图标、复选框和单选框的按钮 具有已划分下拉区域的内建工具栏按钮； 工具栏的c h e v r o nb u t t o n 支持，当工具栏上的按钮不能完全显示时，工具栏 右边会出现一个小按钮，点击后出现一下拉列表，显示出被隐藏的按钮； 兼备了m i c r o s o f to u t l o o k 的s h o r t c u tb a r ( 快捷方式栏) 功能和3 ds t u d i o m a x 的可滚动页容器功能的页容器； 具备了m i c r o s o f to u t l o o k 的快捷方式栏的单个快捷页面功能的快捷方式列 表窗口； 弹出式内容窗口用来显示部分可见的条目的全部内容并用特别的箭头标记 其屏幕位置； 在工具栏和菜单中具有一致风格的可调大小的组合编辑区域： m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t 风格的工具箱窗口： 图标编辑对话框； 可以编辑图标和任意颜色深度位图的图片编辑器窗口： 定制窗口时的选择页面和在c h e v r o nm e n u s ( 与c h e v r o nb u t t o n 类似) 中的 添加删除按钮子菜单： 强大的”p e r s i s t e n ta f f i x m e n ta l g o r i t h m ”功能使得p r o f - u i sc o n t r o lb a r s ( 控件 栏) 的用户界面非常友好，该功能可以存储控件栏在框架重新停靠或改变尺寸 后的的精确位置和大小： 6 可以完成各种常用操作的通用模板窗口类，例如将非客户区域的边界嵌入 到任一窗口，提供无闪烁的重绘功能以及可以使子窗口锚定到父窗口边界的功 能； 支持命令使用统计的多外形用户界面连续性和用户界面状态的基于文档序 列化。这些功能都是基于可序列化的命令管理组件； 对失效菜单以及丌启m i c r o s o f to 筒c e2 0 0 3 风格和高真彩色模式的显示 器使用a l p h a 图标： 多显示器支持功能； 与v i s u a ls t u d i o6 0 7 0 7 1 兼容； 支持a n s i ，m b c s ，u n i c o d e 和n a t i v eu n i c o d e ： 适用于v i s u a lc + + 6 0 7 0 7 1 的程序建立向导： 建立了配置所需的库，设置库路径的集成向导功能，为v i s u a ls t u d i o 加入 了程序建立向导并集成了使用m s d n 的p r o f - u i s 帮助； 集成m s d n 帮助等； 本坐标测量机测量软件的主界面就使用了p r o f - u i s ，主要包括以树形结构 显示测量任务被测信息的窗口、显示坐标测量机实时运动情况与拟合图形的窗 口和可隐减的菜单栏、工具栏、功能选择栏、视角选择栏以及可隐减的悬浮点 坐标信息栏和测量结果显示栏； 树形结构显示测量任务被测信息的窗口主要是以树的形式显示出所有被测 要素之间的关系。例如有限个点组成的直线、平面、圆、球等； 显示坐标测量机实时运动情况和拟合图形的窗口主要是根据测点的位置的 变化显示出当前整个平行双关节坐标测量机的形位状态，对坐标测量机的运动 状态起到了监控的作用。同时标记出被测点和所拟合出的图形。这样可以给测 试计量人员一个直观的测量效果； 可隐藏的菜单栏和工具栏主要包括了一些文档操作的常用功能，如打开文 档、新建文档、保存文档、编辑、帮助等； 可隐藏的功能选择栏是选择要进行测量任务的按钮； 可隐藏的视角选择栏的功能是可以由测量人员选择显示坐标测量机测量软 件运动状态和拟合形状的观察视角； 可隐减的悬浮坐标信息栏窗口是用来显示被测点坐标的数值： 可隐减的悬浮测量结果显示栏窗口是用来显示与被测任务所有相关的测 量、评定结果。 p r o f - u i s 所提供的功能可谓是非常的强大，基本可以满足大多数应用软件 g u i ( 图形用户界面) 的开发。使用p r o f - u i s 为本软件界面的设计与实现提供了 强大的帮助，不仅最大限度的减小代码量，同时也开阔了设计人员对界面设计 的思路。p r o f - u i s 的功能正随着版本的升级不断地增多，它为程序员的界面设 7 计与实现提高了工作效率。 2 3 2 图形库o p e n g l 与o p e ni n v e n t o rc o i n 3 d 的介绍及在本软件开发中的应用 o p e n g l ( o p e ng r a p h i c sl i b r a r y ) 是个定义了跨编程语言、跨平台的编程接 口的规格，它用于三维图象( 二维的亦可) 的制作。o p e n g l 是个专业的图形 程序接口1 6 1 ，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。 o p e n g l 是行业领域中最为广泛接纳的2 d 3 d 图形a p i ，其自诞生至今已 催生了各种计算机平台及设备上的数千优秀应用程序。o p e n g l 是独立于视窗 操作系统或其它操作系统的，亦是网络透明的。在包含c a d 、内容创作、能源、 娱乐、游戏丌发、制造业、制药业及虚拟现实等行业领域中，o p e n g l 帮助程 序员实现在p c 、工作站、超级计算机等硬件设备上的高性能、极具冲击力的 高视觉表现力图形处理软件的开发。o p e n g l 是个与硬件无关的软件接口，可 以在不同的平台如w i n d o w s2 0 0 0 、w i n d o w sx p 、w i n d o w s9 5 、w i n d o w sn t 、 u n i x 、l i n u x 、m a co s 、o s 2 等平台之间进行移植。因此，支持o p e n g l 的 软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。由于o p e n g l 是图形的底 层图形库，没有提供几何实体图元，不能直接用以描述场景。但是，通过一些 转换程序，可以很方便地将a u t o c a d 、3 d s 3 d s m a x 等3 d 图形设计软件制作 的d x f 和3 d s 模型文件转换成o p e n g l 的顶点数组。 虽然o p e n g l 有很多优点，但是学习过它的人都会有上手容易、提高难的 感觉。这是因为o p e n g l 提供的函数只有一百多个核心函数，它的编程思想也 比较简单，就是有限状态机的思想，因此对初学者来说学习起来很容易。但是 入门之后要想高效率的完成比较复杂的三维图形的编写时就会感到很吃力，这 是由于o p e n g l 提供的函数过于底层，过于基本，要求程序员要对三维几何知 识非常的了解。另外o p e n g l 使用的只是面向过程的编程方法，已经难以满足 现代面向对象的编程方法。 正是因为o p e n g l 存在以上诸多的不便之处，s g i 公司在o p e n g l 库的基 础上开发了面向对象三维图形软件开发工具包o p e ni n v e n t o r 。它是用于丌发交 互式3 d 程序的图形库【7 j 。目前世界上比较成熟的o p e ni n v e n t o r 开发包有三个， 它们分别由s g i ，t g s 和s i m 公司丌发的，它们在遵循o p e ni n v e n t o r 接口规 范的基础上各有特点。本软件使用的是s i m 公司开发的o p e ni n v e n t o rc o i n 3 d 可以同时在u n i x 和m i c r o s o f tw i n d o w s 下使用。虽然o p e ni n v e n t o rc o i n 3 d 的 功能和性能没有t g s 的强大，但丌发一般的3 d 应用程序还是绰绰有余的。而 且它是一个丌放源码的o p e ni n v e n t o r 开发包，可以让我们了解o p e ni n v e n t o r 内部运行的机理。所以o p e ni n v e n t o rc o i n 3 d 比较适合普通用户。 在本软件中o p e n g l 主要用于二维图形的开发，而o p e ni n v e n t o rc o i n 3 d 主要用于平行双关节坐标测量机外形轮廓以及其他三维图形的丌发。 、f 行双关节坐标测量机测量软什界面整体效果图如下图所示 口。口 !l + “。 ， id ，o f * 。 幽2 - 2 平行拟芙节坐标删苗机洲世较忭界面整体效果蚓 我们通过演示平行坝关节坐标测量机测量软件实现圆度误差评定功能的详 细过程来对本三坐标测量机的测量软什有个直观的了解( 如下图所示) 。在点击 了右侧评定圆度误差功能的按钮后会弹出个刘话框该对话框的功能是由用 户定义测幂任务名称与标称半径。此时所显示平行双关节坐标测量机位置在切 始位置，同j 时在右侧的测量结果显示栏中除了用户定义的半径值并未有任何数 捌信息显示。左侧的“树”结构会相应的显示出测量任务的名称。当我们开始 采集测点的_ 1 州是在每采集一个测点后，本软件界面中坐标测量机测头的位置 会停留在当前测点的位置，与实际坐标测量机所处的位置状态一致。此时在坐 标显示栏虬及测量结果显示栏和“树”结构中会同时显示出当前测点的三坐标 的数值。直至测点采集完毕测量任务结束，在测量结果显示栏中会显示出所有 佝删量评定结果，并且会在测量软件的界而中相应的位置直观地显示出该拟合 捌的拟台幽像。 在本坐标测量机测量软件中的其他测量评定功能( 直线度、球度、平面度、 蚓桩度、凼锥度) t 测量评定步骤与显示效果均与上述效果相同。 倒2 - 3 平盯取荚节坐标删草机删堵软州洲埘过挂凹示 目2 - 4 平行烈天h 坐标洲茸机驯坫软什洲姑过删划示 第三章基本几何量测量与评定的数据处理 3 1 基本原理 三坐标测量机的探测模式主要有点位、自定中心和扫描等，但无论使用何 种探测模式，都是为了把被测要素表面形状信息数值化，即“采样”。因此，坐 标测量机通过测量程序测到的只是一系列离散测量点的空间坐标值，而不是需 要的尺寸、位置和形位误差的结果。必须经过依据一定数学模型对这些离散坐 标点集进行数据处理，提取出代表该要素的几何特征量，才能得到所需要的测 量结果。 由解析几何知道，两点能确定一条直线；三点可以确定一个平面或一个圆： 四点能够确定一个椭圆或一个球；五点可以确定一个圆柱：而六点可以确定一 个圆锥。从理论上讲，只要测量不在一条直线上的三个点就可以确定一个平面 或一个圆。但任何时候、任何地方都不可能存在绝对圆的圆和绝对平的平面实 体，因此所采样的点，并不一定能真正代表该平面或圆。再者，即使选取的三 点的位置是非常出色的代表，也会由于在测量中受到来自各个方面误差因素的 干扰，使测点数据中包含若干项误差。因此，实际测量时，为了减少误差的影 响，一般应该多采集一些测点。 当实际测量点数超过确定被测要素所要求的最少点数m 时，可能形成c 磐 个不同的要素。以平面为例，确定一个平面的最少点数m 为3 ，当测量平面的 点数为l o 时，可能形成的平面数c 二= 1 2 0 。那么依据什么样的法则来确定唯 一的被测要素呢? 根据精度要求和该元素在机器中的作用，可以确定或选用不 同的评定准则，如目前国家标准和国际标准中推荐的最小区域法