智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃問題的研究

陳偉慶

深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院 廣東 深圳 518000

隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來越高，而高質(zhì)量產(chǎn)品的制造不僅需要精密的加工設(shè)備，還需要結(jié)合高精密的檢測(cè)設(shè)備，才能保障產(chǎn)品的質(zhì)量。保證產(chǎn)品的質(zhì)量不僅僅是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的要求，也是提升機(jī)械制造企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑，因此對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)是非常必要的，這就需要企業(yè)制定合理的產(chǎn)品檢測(cè)規(guī)劃。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的把控越來越嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品智能化的檢測(cè)已是必然。但是傳統(tǒng)的零件檢測(cè)規(guī)劃和零件尺寸檢測(cè)方法既費(fèi)時(shí)，又缺乏準(zhǔn)確性，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展需求。在這種背景下，智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。因此，為有效的解決傳統(tǒng)三坐標(biāo)檢測(cè)過程中存在的缺陷，本篇文章對(duì)智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃問題進(jìn)行了分析，希望為實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)智能化提供一點(diǎn)借鑒意義。

一、智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)概述

智能測(cè)量機(jī)將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到測(cè)量工作中，借助計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫制定合理的測(cè)量策略，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工作的自動(dòng)化。測(cè)量策略主要包括測(cè)量路徑、測(cè)量點(diǎn)數(shù)及分布、測(cè)頭探測(cè)方向、避障算法、碰撞檢查等內(nèi)容的確定和選擇，在智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作中發(fā)揮著重要的作用，對(duì)于智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作質(zhì)量有著直接的影響，因此，機(jī)械制造企業(yè)對(duì)智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究是非常重要。

圖1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

二、智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃

(一)測(cè)頭及測(cè)頭探測(cè)方向的選擇。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭作為一種傳感器，比普通傳感器的結(jié)構(gòu)、功能更為復(fù)雜，接觸式測(cè)頭和非接觸測(cè)頭是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭的主要類型。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在測(cè)量的過程中，能夠依據(jù)所測(cè)量事物的材質(zhì)、位置、形狀等差異，選擇不同的測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量工作。但是測(cè)頭的選擇要建立在全面熟悉工作位置和環(huán)境的基礎(chǔ)上，盡量選擇性能高、使用時(shí)期長(zhǎng)的測(cè)頭，降低測(cè)頭的更換次數(shù)，提升測(cè)量工作的效率。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)際的測(cè)量工作中，由于不同類型的測(cè)頭的精確度存在著一定的差異，當(dāng)各種類型的測(cè)頭結(jié)合使用時(shí)，很可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不精確，因此在實(shí)際的測(cè)量工作中就要依據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，選擇合理的測(cè)頭，在最大程度上保證測(cè)量結(jié)果的精確度。

在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量工作中，測(cè)頭探測(cè)方向的改變則需要通過改變測(cè)頭座上測(cè)頭的角度來實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于測(cè)頭探測(cè)方向的研究，在二十世紀(jì)九十年代提出的方向錐理論，為測(cè)頭方向的改變提供了科學(xué)的計(jì)算理論。方向錐的基本思想為側(cè)頭方向可以通過測(cè)頭座的旋轉(zhuǎn)角度來實(shí)現(xiàn)。但是由于實(shí)際中的測(cè)頭長(zhǎng)度有限、體積較大，依據(jù)方向錐計(jì)算方法得出的結(jié)果調(diào)整方向，有可能在實(shí)際的檢測(cè)中發(fā)生碰撞，也有可能實(shí)現(xiàn)達(dá)到不可能實(shí)現(xiàn)的方向。

在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)具有簡(jiǎn)單曲面的工件檢測(cè)中，只需要確定測(cè)頭的方向就可以了。此時(shí)依據(jù)相關(guān)理論可以將測(cè)頭的離散方向分為六個(gè)坐標(biāo)軸方向，根據(jù)坐標(biāo)軸的方向?qū)z測(cè)面的可行性進(jìn)行判斷，確定測(cè)頭的方向，在很大程度上減少了計(jì)算量，但是在這種檢測(cè)過程中容易出現(xiàn)遺漏的現(xiàn)象。

(二)測(cè)量點(diǎn)數(shù)及分布的確定。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量工作是通過測(cè)球和測(cè)量點(diǎn)的直接接觸實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際檢測(cè)過程中，對(duì)于檢測(cè)面中檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量及分布的確是非常重要的。因此，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量之前，就需要工作人員對(duì)檢測(cè)的點(diǎn)、線、面等進(jìn)行全面的觀察和了解，在保證測(cè)量結(jié)果精確度的基礎(chǔ)上盡量的減少測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量，在最大程度上降低測(cè)量機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提升測(cè)量機(jī)的工作效率。對(duì)于測(cè)量點(diǎn)數(shù)量及分布的確定，則需要依據(jù)測(cè)量零件的精度標(biāo)準(zhǔn)、形狀、位置進(jìn)行確定。

首先，依據(jù)測(cè)量零件的精度標(biāo)準(zhǔn)、尺寸大小，以及測(cè)量機(jī)的精度確定測(cè)量的點(diǎn)數(shù)。在保證測(cè)量精度的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)臏p少測(cè)量點(diǎn)，依據(jù)測(cè)量零件的待測(cè)面大小確定合理的測(cè)量點(diǎn)。對(duì)于測(cè)量精度要求高的零件，就需要依據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)?shù)脑黾訙y(cè)量點(diǎn)，而對(duì)于測(cè)量精確度要求不高的零件，就需要依據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)?shù)臏p少測(cè)量點(diǎn)，在最大程度上保證測(cè)量的質(zhì)量和效率。其次，依據(jù)待測(cè)量零件的構(gòu)造形狀確定測(cè)量點(diǎn)。在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)開展測(cè)量工作之前，就要確定零件需要測(cè)量的面，判斷測(cè)量面檢測(cè)的可行性，在側(cè)頭及測(cè)頭方向可達(dá)的區(qū)域內(nèi)確定測(cè)量點(diǎn)。最后，測(cè)量點(diǎn)的分布狀態(tài)也影響著測(cè)量點(diǎn)的確定。在測(cè)量機(jī)實(shí)際的測(cè)量工作中，工作人員就需要對(duì)測(cè)量零件測(cè)量點(diǎn)的分布狀態(tài)進(jìn)行全面的了解，合理的確定測(cè)量點(diǎn)的分布，對(duì)于測(cè)頭不可達(dá)到的測(cè)點(diǎn)，就需要避開這些區(qū)域重新的確定測(cè)量點(diǎn)。

(三)測(cè)量機(jī)檢測(cè)路徑的規(guī)劃。智能三坐標(biāo)檢測(cè)機(jī)測(cè)量路徑規(guī)劃指的是零件測(cè)量點(diǎn)的檢測(cè)順序，檢測(cè)面作為測(cè)量機(jī)中最小的檢測(cè)單位，需要在測(cè)量的過程中逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，必須一個(gè)一個(gè)的、有序的進(jìn)行。在進(jìn)行測(cè)量機(jī)檢測(cè)路徑的規(guī)劃時(shí)，既需要保證檢測(cè)過程中測(cè)頭更換及方向轉(zhuǎn)變的次數(shù)最少，測(cè)頭運(yùn)動(dòng)軌跡的最小化，還要保證測(cè)量結(jié)果符合零件的實(shí)際需求。而零件的測(cè)量點(diǎn)分布的策略一般是均勻分布，或者盡可能的覆蓋整個(gè)測(cè)量面，這就需要合理的分布測(cè)量點(diǎn)，保證測(cè)量結(jié)果的精確度。但是在當(dāng)前的很多企業(yè)中，使用的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)缺少自動(dòng)選擇測(cè)點(diǎn)的性能，在實(shí)際的測(cè)量工作中。完全的依據(jù)測(cè)量人員的工作經(jīng)驗(yàn)，在測(cè)量結(jié)果上難免會(huì)存在誤差。而智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能夠有效的彌補(bǔ)其存在的缺陷，在最大程度上實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的自動(dòng)化、智能化，有效的保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，做好產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)工作。

(四)碰撞檢查及規(guī)避的確定。在智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，既要注意測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)盡量避免與其他工件發(fā)生碰撞，又要關(guān)注測(cè)頭運(yùn)動(dòng)的路徑是否最佳。而在檢測(cè)路徑的確定過程中需要解決兩點(diǎn)問題，首先是運(yùn)動(dòng)測(cè)頭是否同工件發(fā)生碰撞，其次是測(cè)頭運(yùn)動(dòng)路徑是否最佳，這就需要在檢測(cè)之前進(jìn)行檢測(cè)路徑的設(shè)計(jì)，并做好碰撞的運(yùn)算，在最大程度上規(guī)避碰撞，保證測(cè)量機(jī)的檢測(cè)工作順利完成。另外，在智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)路徑模型，做好碰撞和規(guī)避碰撞的方案，使用模擬軟件或者動(dòng)畫軟件對(duì)整個(gè)檢測(cè)過程進(jìn)行預(yù)測(cè)或者重現(xiàn)，模擬測(cè)點(diǎn)同工件的碰撞問題，提出最優(yōu)的避障算法，在最大程度上規(guī)避碰撞點(diǎn)，保證測(cè)量結(jié)果的精確度。通過有效的碰撞檢測(cè)和規(guī)避，不僅能夠增強(qiáng)測(cè)量結(jié)果的精確度，還能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)束語

總而言之，本文主要論述了智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃的問題，分析了智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量時(shí)測(cè)頭及測(cè)頭方向的選擇、數(shù)量點(diǎn)數(shù)目及其分布的確定、檢測(cè)路徑規(guī)劃、碰撞規(guī)避及檢查等方面需要注意的事項(xiàng)，研究了如何在檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的過程中有效的減少測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量和檢測(cè)路徑所用的時(shí)間，提升智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精密度和工作效率，有效的保障產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。希望能夠?yàn)槠髽I(yè)優(yōu)化智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃流程，強(qiáng)化測(cè)量機(jī)檢測(cè)的效率和質(zhì)量，提供一點(diǎn)借鑒意義。