3D數(shù)模的CMM曲面檢測(cè)技術(shù)

1.引言

　　三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)迅速發(fā)展，而配套檢測(cè)軟件的發(fā)展，更是突飛猛進(jìn)。最早的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)只能顯示XYZ坐標(biāo)，而目前的各種檢測(cè)軟件幾乎可以解決用戶的絕大部分問題。軟件日益成為影響用戶使用好壞的關(guān)鍵所在。

　　2.CMM測(cè)量軟件發(fā)展趨勢(shì)

　　對(duì)于傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)來說，通常是設(shè)計(jì)部門提供二維圖紙，檢驗(yàn)部門根據(jù)圖紙對(duì)工件進(jìn)行尺寸及形位公差的檢測(cè)。隨著三維CAD軟件的應(yīng)用，越來越多的技術(shù)部門使用三維CAD建模技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，各坐標(biāo)機(jī)廠家紛紛推出了基于三維CAD技術(shù)的測(cè)量軟件，直接將客戶設(shè)計(jì)好的三維CAD模型導(dǎo)入測(cè)量軟件進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)量仿真，測(cè)頭干涉檢查等，所以，受到用戶的一致好評(píng)?；贑AD的測(cè)量成為目前三坐標(biāo)測(cè)量軟件的發(fā)展熱點(diǎn)。

　　在CAD設(shè)計(jì)中，一般的規(guī)則工件通過基本的特征命令即可完成三維實(shí)體設(shè)計(jì)，比如拉伸、打孔等，對(duì)于此類工件的檢測(cè)，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。隨著工業(yè)造型的發(fā)展，以及加工中心的應(yīng)用，越來越多的工件被設(shè)計(jì)成復(fù)雜的形狀表面，比如覆蓋件、內(nèi)飾件等。曲線曲面的建構(gòu)技術(shù)在CAD造型中屬于比較高級(jí)的設(shè)計(jì)范疇，許多高檔三維CAD軟件都有專門的曲線、曲面處理模塊，使得用戶可以設(shè)計(jì)出B級(jí)甚至A級(jí)曲面。曲面類工件的檢測(cè)，對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量軟件提出了更高的要求。

　　3.CMM曲面檢測(cè)

　　3.1傳統(tǒng)測(cè)量方法

　　在沒有采用CAD數(shù)模的情況下用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)曲面件檢測(cè)，通常是，先在CAD軟件里用相關(guān)命令在曲面數(shù)模上生成截面線和點(diǎn)的坐標(biāo)，以此作為理論值，控制測(cè)量機(jī)到對(duì)應(yīng)的位置，進(jìn)行檢測(cè)，并比較坐標(biāo)值的偏離。這種方法需要設(shè)計(jì)人員額外提供理論數(shù)據(jù)，同時(shí)測(cè)頭測(cè)尖球徑的補(bǔ)償不容易準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，對(duì)于單點(diǎn)測(cè)量來說，由于無法確定矢量方向，測(cè)頭的補(bǔ)償根本無法實(shí)現(xiàn)。因此，這種辦法具有一定的局限性。

　　3.2基于3D數(shù)模的測(cè)量

　　利用曲面數(shù)模對(duì)曲面進(jìn)行檢測(cè)是CMM測(cè)量技術(shù)發(fā)展的需要。由于曲面建構(gòu)技術(shù)比較復(fù)雜，在CAD應(yīng)用范疇里也屬于高端技術(shù)，一般由專業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)完成。在測(cè)量軟件內(nèi)，則是通過導(dǎo)入設(shè)計(jì)數(shù)模而利用的問題。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，就必須解決好四個(gè)方面的技術(shù)問題：數(shù)模導(dǎo)入接口、對(duì)齊、測(cè)尖補(bǔ)償、理論值捕獲。

　　一、數(shù)模導(dǎo)入接口

　　利用數(shù)模進(jìn)行檢測(cè)，首先要做的工作，當(dāng)然是保證數(shù)模正確導(dǎo)入到測(cè)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制造商各自開發(fā)著不同的軟件和格式，例如國(guó)內(nèi)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(guó)際上建立了一系列的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)，美國(guó)的初始圖形交換標(biāo)準(zhǔn)IGES (Initial Graphics Exchange Specification)等。盡管IGES標(biāo)準(zhǔn)存在數(shù)據(jù)文件大、轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)、信息不夠全等缺點(diǎn)，但不可否認(rèn)，它是目前應(yīng)用最廣泛的接口標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分CAD軟件均支持該標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也將IGES作為推薦標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前具備數(shù)模檢測(cè)功能的測(cè)量機(jī)軟件，均支持IGES格式。差異基本上主要體現(xiàn)在復(fù)雜數(shù)模輸入后個(gè)別曲面的丟失、破損，還有就是導(dǎo)入速度的快慢。對(duì)于一個(gè)10M的數(shù)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(cè)量軟件，均基本較好的解決了這一問題。圖1為中測(cè)量?jī)x自主研發(fā)的ZCRMDT測(cè)量軟件，導(dǎo)入數(shù)模到檢測(cè)軟件的情況，數(shù)模大小46M多。

　　針對(duì)目前主流CAD軟件，一些測(cè)量機(jī)軟件商也開發(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(zhuǎn)換，避免了轉(zhuǎn)換帶來的影響。不過，這種接口一般都需要另外購(gòu)買。