坐標(biāo)測量機CAI系統(tǒng)中測量路徑設(shè)計

發(fā)布日期：2012-08-10    蘭生客服中心    瀏覽：3607

 

坐標(biāo)測量機是應(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。近年來許多測量機運用計算機硬件和軟件增強了它們的功能，但測量程序通常仍舊使用獨立的系統(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)測量機計算機輔助測量(CAI)子系統(tǒng)與CAD/CAM系統(tǒng)相集成，建立一個設(shè)計、加工和測量的集成系統(tǒng)。這樣，對于 CAD系統(tǒng)中已設(shè)計建立的零件模型，系統(tǒng)就可根據(jù)其表面特征自動生成各表面上的測量點，再由測量點確定測量路徑，生成測量程序，控制坐標(biāo)測量機完成測量任務(wù)。此系統(tǒng)大大改善了其自動化性能。

1 零件表面測量點的自動生成


一般三維機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的生成原理。











    圖1 平面上測量點









    圖2 N形求解

    圖3 法向求解


  1. 平面
    三個不共線的點決定一個平面，但作為一般規(guī)則，在一個平面上至少應(yīng)有4個測量點，這是由于實際平面與理想平面存在差異，4個測量點可以更準(zhǔn)確的反映實際平面的特征。對于一個長方形的理想平面，合理的測量點應(yīng)該平均地分布在4個位置上，每個點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個測量點將形成一個很長的跨度，這對實際測量不利。因此，有必要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整一些測量點。例如，將4個測量點形成的長方形的長再劃分成8等份，對角線上的兩個點可向內(nèi)調(diào)整移動兩格，參見圖1中的點2和點4。
    如果選擇的平面不是一個理想平面(如：非矩形或內(nèi)部有孔)，按上述方法確定的4個測量點會有點落在實際平面之外。此時，必須尋找一個位于此平面內(nèi)的點來替代原測量點。如果這個點在平面的一個角上，它就沿對角線方向向內(nèi)按“N”形移動(圖2)，這種方法稱為“N形求解”。如果這個點靠近一條邊，那它就沿邊的法線方向向內(nèi)移動(圖3)，這就稱“法向求解”。圖2求解順次是D0、D1、D2、……Dn，直到Dn點落在平面內(nèi)部。圖3求解順次是D0、D1、D2、……Dn，直到Dn點落在平面內(nèi)部。

  2. 圓柱面和圓錐面
    對于圓柱面或圓錐面，兩個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)。按幾何對稱性原則，每個圓上生成4個測量點，相鄰兩點的圓心角為90°。這樣，沿著軸向不等高的兩個測量圓上就均勻分布個8測量點。


















    圖4 圓錐面上的測量點

    圖5三維零件上測量點










    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，參見圖5。隨著進(jìn)一步研究和開發(fā)，可以針對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
    在實際應(yīng)用中，對給定形狀表面確定出足夠數(shù)量及優(yōu)化數(shù)量的測量點也是很重要的。CAI系統(tǒng)中，在計算機屏幕上可以有自動和手動交互兩種模式選擇。在手動交互模式中，對于所選表面可以確定任何數(shù)量的測量點。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


零件表面上測量點確定后，坐標(biāo)測量機的測頭在工作區(qū)從測量點所在平面的法線方向接近測量點，首先是以較快的速度移向第一個測量點的準(zhǔn)測量點，然后以較慢的速度靠近第一個測量點，這樣可以防止測頭與零件之間的碰撞。準(zhǔn)測量點是非常接近測量點的點，它從測量點表面法線方向到測量點之間有一段精確測量過的距離。到達(dá)第一個測量點之后，測頭再退回到它的準(zhǔn)測量點，然后快速移動到第二個測量點的準(zhǔn)測量點，再到第二個測量點。當(dāng)依次到達(dá)所有測量點后，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，D1、D2、D3、D4是4個測量點，Z1、Z2、Z3、Z4是4個相應(yīng)的準(zhǔn)測量點。在執(zhí)行測量程序時，測量力和接觸條件是嚴(yán)格控制的，加之測量數(shù)據(jù)計算機處理，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)計路線必須根據(jù)實際形狀而進(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是一個圓柱體外表面，D0是開始點，D1…D8是8個測量點，Z1…Z8是相應(yīng)的準(zhǔn)測量點。對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CAI系統(tǒng)必將與CAD系統(tǒng)相集成，按上述方法，對于三維零件表面模型，測量系統(tǒng)可以自動生成表面上的測量點，設(shè)計了測量路徑，然后控制坐標(biāo)測量機進(jìn)行相應(yīng)的測量，這樣可以大大提高坐標(biāo)測量機的自動化功能，縮短輔助時間，提高工作效率，并且成本低、適用性廣。

更多相關(guān)信息