坐標(biāo)測量機(jī)CAI系統(tǒng)中測量路徑設(shè)計(jì)

發(fā)布日期：2012-08-10    蘭生客服中心    瀏覽：3605

 

坐標(biāo)測量機(jī)是應(yīng)用廣泛的測量設(shè)備，它可以測量零件的幾何形狀、尺寸和相關(guān)位置等。近年來許多測量機(jī)運(yùn)用計(jì)算機(jī)硬件和軟件增強(qiáng)了它們的功能，但測量程序通常仍舊使用獨(dú)立的系統(tǒng)，測量不同形狀的零件，必須事先分別確定好測量點(diǎn)及測量路徑，然后編制相應(yīng)控制程序，其過程與零件的設(shè)計(jì)和加工過程相脫離。所以，現(xiàn)在迫切需要一種有效的坐標(biāo)測量機(jī)計(jì)算機(jī)輔助測量(CAI)子系統(tǒng)與CAD/CAM系統(tǒng)相集成，建立一個(gè)設(shè)計(jì)、加工和測量的集成系統(tǒng)。這樣，對(duì)于 CAD系統(tǒng)中已設(shè)計(jì)建立的零件模型，系統(tǒng)就可根據(jù)其表面特征自動(dòng)生成各表面上的測量點(diǎn)，再由測量點(diǎn)確定測量路徑，生成測量程序，控制坐標(biāo)測量機(jī)完成測量任務(wù)。此系統(tǒng)大大改善了其自動(dòng)化性能。

1 零件表面測量點(diǎn)的自動(dòng)生成


一般三維機(jī)械零件是由基本的幾何形狀表面所構(gòu)成的。平面、圓柱和圓錐面是最典型的三種表面。本文主要介紹這三種表面上測量點(diǎn)的生成原理。











    圖1 平面上測量點(diǎn)









    圖2 N形求解

    圖3 法向求解


  1. 平面
    三個(gè)不共線的點(diǎn)決定一個(gè)平面，但作為一般規(guī)則，在一個(gè)平面上至少應(yīng)有4個(gè)測量點(diǎn)，這是由于實(shí)際平面與理想平面存在差異，4個(gè)測量點(diǎn)可以更準(zhǔn)確的反映實(shí)際平面的特征。對(duì)于一個(gè)長方形的理想平面，合理的測量點(diǎn)應(yīng)該平均地分布在4個(gè)位置上，每個(gè)點(diǎn)離邊界的距離是長或?qū)挼膸追种?圖1)，其中取L1=L/10，W1=W/10。
    但是，如果長方形是較細(xì)長的(長寬比L/W>4)，則確定的4個(gè)測量點(diǎn)將形成一個(gè)很長的跨度，這對(duì)實(shí)際測量不利。因此，有必要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整一些測量點(diǎn)。例如，將4個(gè)測量點(diǎn)形成的長方形的長再劃分成8等份，對(duì)角線上的兩個(gè)點(diǎn)可向內(nèi)調(diào)整移動(dòng)兩格，參見圖1中的點(diǎn)2和點(diǎn)4。
    如果選擇的平面不是一個(gè)理想平面(如：非矩形或內(nèi)部有孔)，按上述方法確定的4個(gè)測量點(diǎn)會(huì)有點(diǎn)落在實(shí)際平面之外。此時(shí)，必須尋找一個(gè)位于此平面內(nèi)的點(diǎn)來替代原測量點(diǎn)。如果這個(gè)點(diǎn)在平面的一個(gè)角上，它就沿對(duì)角線方向向內(nèi)按“N”形移動(dòng)(圖2)，這種方法稱為“N形求解”。如果這個(gè)點(diǎn)靠近一條邊，那它就沿邊的法線方向向內(nèi)移動(dòng)(圖3)，這就稱“法向求解”。圖2求解順次是D0、D1、D2、……Dn，直到Dn點(diǎn)落在平面內(nèi)部。圖3求解順次是D0、D1、D2、……Dn，直到Dn點(diǎn)落在平面內(nèi)部。

  2. 圓柱面和圓錐面
    對(duì)于圓柱面或圓錐面，兩個(gè)測量圓的高度分別為
    h1=r+(H-2r)/5，h2=r+4(H-2r)/5
    其中H為總度高，r為測頭半徑(圖4)。按幾何對(duì)稱性原則，每個(gè)圓上生成4個(gè)測量點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)的圓心角為90°。這樣，沿著軸向不等高的兩個(gè)測量圓上就均勻分布個(gè)8測量點(diǎn)。


















    圖4 圓錐面上的測量點(diǎn)

    圖5三維零件上測量點(diǎn)










    圖6 平面上測量路徑

    圖7 圓柱面上測量路徑



  3. 組合表面
    三維零件的CAD表面模型可以從零件的平面圖或二維投影圖來定義。零件的表面模型建立后，系統(tǒng)程序就通過以上方法生成平面、圓柱面和圓錐面等所有表面上的測量點(diǎn)，參見圖5。隨著進(jìn)一步研究和開發(fā)，可以針對(duì)CAD系統(tǒng)的幾何數(shù)據(jù)庫和CAM數(shù)據(jù)庫建立專門的測量路徑數(shù)據(jù)庫。

  4. 自定義測量點(diǎn)
    在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)給定形狀表面確定出足夠數(shù)量及優(yōu)化數(shù)量的測量點(diǎn)也是很重要的。CAI系統(tǒng)中，在計(jì)算機(jī)屏幕上可以有自動(dòng)和手動(dòng)交互兩種模式選擇。在手動(dòng)交互模式中，對(duì)于所選表面可以確定任何數(shù)量的測量點(diǎn)。不同的用戶根據(jù)自己的需要可有不同的選擇。


2 零件表面測量路徑設(shè)計(jì)


零件表面上測量點(diǎn)確定后，坐標(biāo)測量機(jī)的測頭在工作區(qū)從測量點(diǎn)所在平面的法線方向接近測量點(diǎn)，首先是以較快的速度移向第一個(gè)測量點(diǎn)的準(zhǔn)測量點(diǎn)，然后以較慢的速度靠近第一個(gè)測量點(diǎn)，這樣可以防止測頭與零件之間的碰撞。準(zhǔn)測量點(diǎn)是非常接近測量點(diǎn)的點(diǎn)，它從測量點(diǎn)表面法線方向到測量點(diǎn)之間有一段精確測量過的距離。到達(dá)第一個(gè)測量點(diǎn)之后，測頭再退回到它的準(zhǔn)測量點(diǎn)，然后快速移動(dòng)到第二個(gè)測量點(diǎn)的準(zhǔn)測量點(diǎn)，再到第二個(gè)測量點(diǎn)。當(dāng)依次到達(dá)所有測量點(diǎn)后，測頭就從表面上移開，利用以上規(guī)則就生成了測頭的測量路徑。參見圖6，D0是開始點(diǎn)，D1、D2、D3、D4是4個(gè)測量點(diǎn)，Z1、Z2、Z3、Z4是4個(gè)相應(yīng)的準(zhǔn)測量點(diǎn)。在執(zhí)行測量程序時(shí)，測量力和接觸條件是嚴(yán)格控制的，加之測量數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理，因此就排除了可能出現(xiàn)的人為誤差。
在零件圖中，圓柱面和圓錐面可代表外表面，也可以表示內(nèi)表面(孔)，設(shè)計(jì)路線必須根據(jù)實(shí)際形狀而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整來確定。本系統(tǒng)中只考慮線性插值法。圖7是一個(gè)圓柱體外表面，D0是開始點(diǎn)，D1…D8是8個(gè)測量點(diǎn)，Z1…Z8是相應(yīng)的準(zhǔn)測量點(diǎn)。對(duì)于其它的圓錐面或圓柱內(nèi)表面上測頭路線都可以用相似的方法生成。

3 結(jié)束語


坐標(biāo)測量機(jī)CAI系統(tǒng)必將與CAD系統(tǒng)相集成，按上述方法，對(duì)于三維零件表面模型，測量系統(tǒng)可以自動(dòng)生成表面上的測量點(diǎn)，設(shè)計(jì)了測量路徑，然后控制坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的測量，這樣可以大大提高坐標(biāo)測量機(jī)的自動(dòng)化功能，縮短輔助時(shí)間，提高工作效率，并且成本低、適用性廣。

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