3D数模坐标测量管理论文

1、3D数模坐标测量管理论文关于3D数模坐标测量管理论文1.引言从60年代初发明到现在，三坐标测量机（CMM）在制造业得到世 界范围广泛应用，成为3D检测工业标准设备。三坐标测量技术得到 迅速发展，而配套检测软件的发展，更是突飞猛进。最早的三坐标 测量机只能显示XYZ坐标，而目前的各种检测软件几乎可以解决用 户的绝大部分问题。软件日益成为影响用户使用好坏的关键所在。2. CMM测量软件发展趋势对于传统的三坐标测量机检测来说，通常是设计部门提供二维图 纸，检验部门根据图纸对工件进行尺寸及形位公差的检测。随着三 维CAD软件的应用，越来越多的技术部门使用三维CAD建模技术进 行设计。因此，各坐标机厂家

2、纷纷推出了基于三维CAD技术的测量 软件，直接将客户设计好的三维CAD模型导入测量软件进行检测。 这样做的优点非常明显，不需要额外的图纸，理论值可以直接捕获, 更可以进行测量仿真，测头干涉检查等，所以，受到用户的一致好 评。基于CAD的测量成为目前三坐标测量软件的发展热点。在CAD设计中，一般的规则工件通过基本的特征命令即可完成三 维实体设计，比如拉伸、打孔等，对于此类工件的检测，相对比较 简单。随着工业造型的发展，以及加工中心的应用，越来越多的工 件被设计成复杂的形状表而，比如覆盖件、内饰件等。曲线曲面的 建构技术在CAD造型中属于比较高级的设计范畴，许多高档三维 CAD软件都有专门的曲线、

3、曲面处理模块，使得用户可以设计出B 级甚至A级曲而。曲而类工件的检测，对三坐标测量软件提出了更 高的要求。3. CMM曲面检测对齐（Align）是三坐标测量机软件的一项重要内容，无论有无 数模，都必须通过对齐，将机器坐标系与工件坐标系保持一致，测 量值才具有可比性。对于箱体类零件，基本都采用3-2-1方式建坐标，利用面、线、 点特征来确定坐标轴和原点，通过建立工件坐标系来将工件找正， 这也是最基本、最准确的对齐方法。应尽量选用加工好、范围大的 特征来作为建坐标基准，以减小对齐产生的误差。通常，对于建立 的坐标系，还需要可以进行平移、旋转等操作，以产生新的对齐。对于不规则形体，计算就要复杂得多。

4、如果工件上有明确的特征 点，如3个孔心，则通常测量出实际值，与理论值对应，进行3点 找正。我们经常会遇到工件上没有明确特征的情况，即我们无法准确的 将测量值和理论值直接对应。对于该情况，测量软件常用的是迭代 找正的方法。对于单点触发采数的测量机，通常是软件在数模曲面 上选取多点作为目标点，所选取的点应能在全部6个自由度上固定 零件，以防零件出现旋转和移动，然后将测量机移动到工件上尽量 对应的位置采集实测点，软件将测量点在数模上目标点的附近区域 进行迭代找正，直到找正误差在指定的精度内。有的测量软件在迭 代超差时，将指导你重新测量到更接近的点进行更准确的计算。还有种情况是直接测量多个点，软件将该

5、点群与理论数模进行最 佳匹配计算，将点群与数模一步步对齐，直到点群与数模的偏差均 方根最小。该方法点数越多越准，但同时计算越复杂，对计算机要 求较高，通常在扫描点云的对齐中，用得比较多。尽管每种软件关于对齐都有不同的分类和特点，但基木主要采用 以上方法。三、测尖补偿目前，三坐标测量机用得最多的是机械触发式测头，配以红宝石 测针，必然会带来测尖补偿的问题。对于平而、圆等标准特征，可以通过整体偏置的方式自动补偿测 头，对于连续扫描的曲线，也可以用同样的方式自动处理。但对于 曲而测量时经常遇到的单点测量，如何解决测尖补偿问题呢？要单独对一点进行补偿，则必须知道补偿的方向矢量，也即是接 触点处的法向矢

6、量方向。为了找到该法线方向，比较准确的做法是, 在测点的周边测量个微平而，以该微平面的法向视为测点处曲面的 法向，从而完成测尖补偿。对于工件测点附本身曲率变化不大的地方，或者工件与数模本身 偏差较小的情况下，如果要求不高，为了减少采点数，也可以不测 量微平而，软件直接以测点刺穿数模的方向矢量进行测尖补偿，即 以数模上该处的法向矢量代替工件上实测处的法向矢量做为测尖补 偿的'方向。但是如果工件与数模本身该处曲率偏差大，则测尖补偿 将不准，导致测量数据不可靠。对于非接触式测头，不存在测尖补偿问题。四、理论值捕获在解决了数模的导入和对齐后，理论值的捕获就比较简单。对于 圆等标准特征，软件只需

7、要能从CAD数模上选取识别该特征，即可 直接从其特性中提取理论值。对于自动测量来说，就可以直接根据 数模特征进行编程，指导机器运行到特征的理论值位置附近进行测 量。对于曲而工件上的点，通常分为曲面点和边缘点，有的软件分得 更细。对于曲而上的点，通过直接测量，测量点沿数模曲面法向投 影到曲而上，即可获得理论点。但边缘点就不同了，边缘是CAD曲 而的边界所在，例如，飯金件的边，最简单的如方体的棱边等。如 果要检测边缘上的点，由于测针无法直接准确测量到，并且测头的 补偿方向无法确定，因此，无法直接测量，只能采用间接测量的方 式。通常，其处理原理如图3所示，为了测量边缘上P点，可以在 其两边测点。此例

8、采用前3点用于确定上而，第4, 5点确定边界方 向，而最后一点6确定目标点的位置，其投射到前而确定的边所产 生的点，视为边缘测量点，其理论值为数模中曲面边缘距其最近点。通过以上方式，即可实现边缘点的检测。具体到不同软件，可能 有不同的处理方法。4.曲面测量软件现状基于3D数模对曲面工件进行检测，在三坐标机测量里属于高级 应用范畴，一般在高端测量软件才包含该功能。目前国内市场上比 较常见的如PC-DMIS的CAD+版,VIRTULDMIS等，它们是由WILCOX、 ENTELEGENCE等专业测量机软件公司开发而成。POWERINSPECT软件 由于其在数模处理上的功能较强，也被引用到坐标机上，

9、它是由英 国的CAD/CAM软件商DELCAM提供，这也体现了测量机软件与CAD软 件结合越来越紧密的趋势。事实上，对于曲面质量评价，作为曲面建构、编辑、分析的一部 分，CAD软件制造商较早就有比较好的解决办法，尤其是在逆向工 程处理软件，在将采集的点云处理成曲面后，往往需要比较点云和 设计曲线、曲而的偏离，以便在保证精度的同时提高表面质量。图 4为imageware中对点云与曲面的比较分析,并以不同颜色梯度表 Z5结果。5. ZCRMDT测量软件的研发国内对于测量软件的研发相对滞后，对于需要具备数模检测等高 级功能的，一般都配套国外软件。中国测试技术研究院测量仪器研 究所（中测量仪）推出的Z

10、CRMDT手动版测量软件，完全的三维图形 化测量环境，支持数模导入，测头轨迹动态模拟，可视化测量，视 图旋转、缩放，图形选取，实现了利用曲面数模进行检测的功能， 值得一提的是，还可以利用CAD平台的功能对数模进行编辑处理。 图5为利用ZCRMDT软件对一曲面检具进行检测，软件将工件上测量 点直接与数模比较，得出偏差，检验人员根据结果对该点进行调整, 直到偏差在许可的范围内。从技术水平来看，ZCRMDT软件作为一款手动版测量软件，己达 到或接近国外同类软件的水平，在国内处于先进地位，同时，相对 于国外软件，具有明显的价格优势。目前，ZCRMDT软件己配套于中 测量仪生产的手动测量机上，被全国数十家用户所采用，使客户不 需花太多钱就可以实现先进测量功能，解决了客