基于工件三維模型的三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)探討

摘? 要：本文重點(diǎn)對(duì)基于攻堅(jiān)三維模型的三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)展開探討。在測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合工件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)和三維模型對(duì)齊，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建工件的三坐標(biāo)系，由此開展三坐標(biāo)測(cè)量，借助測(cè)量軟件系統(tǒng)，能夠清晰呈現(xiàn)工件的元素構(gòu)造，并可實(shí)現(xiàn)投影功能，多角度地測(cè)量出更多尺寸數(shù)據(jù)，為工件的制造提供更加全面、客觀的數(shù)據(jù)信息。

關(guān)鍵詞：工件;制造;三維模型;三坐標(biāo)測(cè)量

應(yīng)用三維模型技術(shù)能夠?yàn)橹圃旒庸ぬ峁└訙?zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在三維模型的基礎(chǔ)上，加入三坐標(biāo)系，以及相關(guān)測(cè)量軟件，能夠進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集和處理的工作效率^[1]。并能夠滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的多項(xiàng)尺寸測(cè)量需求，因其技術(shù)的優(yōu)越性，目前已被越來(lái)越多的制造企業(yè)所引入?；诠ぜS模型的三坐標(biāo)測(cè)量，就是將工件的3D立體模型導(dǎo)入進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)中，使坐標(biāo)系和工件結(jié)構(gòu)點(diǎn)對(duì)其，找正機(jī)器和工件的位置和坐標(biāo)，由此來(lái)獲取工件的坐標(biāo)位置進(jìn)行測(cè)量，得到工件關(guān)鍵部位的測(cè)量數(shù)據(jù)。

1.基于三維模型的三坐標(biāo)測(cè)量的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

利用工件三維模型建立三坐標(biāo)系并進(jìn)行測(cè)量，這種方式能夠在實(shí)際工件上獲取數(shù)據(jù)，并且能夠在脫機(jī)的狀態(tài)下編程，只要將三維模型導(dǎo)入進(jìn)測(cè)量軟件系統(tǒng)中，無(wú)論是否加工，都可以編程，提高了效率^[2]。此外，傳統(tǒng)的測(cè)量方式，需要手動(dòng)輸入理論值，再與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。而基于三維模型的三坐標(biāo)測(cè)量，當(dāng)導(dǎo)入三維模型后，就能直接獲取理論值，無(wú)需人工逐個(gè)輸進(jìn)到系統(tǒng)中，減少了人力勞動(dòng)，也避免了人工操作可能出錯(cuò)的問題，取得更加準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

2.三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)

2.1工件三維模型的導(dǎo)入

將工件的三維模型導(dǎo)入進(jìn)測(cè)量軟件里。需要注意導(dǎo)入的格式是否匹配。如果是PROE系統(tǒng)所生成的三維模型就不能輸入進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)中，而是要先轉(zhuǎn)換一下，將三維模型先轉(zhuǎn)換為能夠共容的格式，再導(dǎo)入到系統(tǒng)里^[3]。導(dǎo)入后選幾何元素，建議選擇實(shí)體模型，這種幾何結(jié)構(gòu)和線框模型相比，更加直觀。讀入CAD模型，將三維模型渲染處理，把CAD的線框模型轉(zhuǎn)換成實(shí)體模型結(jié)構(gòu)。

2.2坐標(biāo)系找正對(duì)齊

工件的坐標(biāo)系和加工機(jī)床坐標(biāo)系應(yīng)當(dāng)找正對(duì)齊，這樣才能有效進(jìn)行測(cè)量以及編程操作。讓工件的位置、CAD三維模型和機(jī)床坐標(biāo)系整合起來(lái)，這是建立三坐標(biāo)測(cè)量的一項(xiàng)重點(diǎn)。

2.3選擇測(cè)量基準(zhǔn)

在測(cè)量之前，首先要了解所采用的加工方案，明確設(shè)計(jì)和加工的基準(zhǔn)，使所設(shè)計(jì)的測(cè)量基準(zhǔn)能夠和設(shè)計(jì)加工的基準(zhǔn)保持一致，防止各基準(zhǔn)不統(tǒng)一所帶來(lái)的誤差。因此在設(shè)計(jì)之前，務(wù)必要對(duì)所測(cè)量的工件其加工特征及相關(guān)要素有比較全面的掌握。

2.2裝夾方式的確定

在進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，三維模型應(yīng)當(dāng)和工件加工的所在位置是相同的。工件是被裝夾在機(jī)床上，因此裝夾的位置、方式也會(huì)影響其實(shí)際位置。測(cè)量時(shí)的裝夾方式，要和實(shí)際加工時(shí)的裝夾方式相同，工件放置位置也要和機(jī)床坐標(biāo)系相平行。這樣才能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在測(cè)量時(shí)，盡量在一次工件裝夾中完成所有重點(diǎn)數(shù)據(jù)的測(cè)量，避免多次裝夾，防止裝夾誤差所帶來(lái)的影響。

2.4建立工件三坐標(biāo)系

三維模型按照實(shí)體模型的形式建立絕對(duì)坐標(biāo)系，并導(dǎo)入進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)中。為使三維模型和工件實(shí)際位置是重合的，需要讓機(jī)床坐標(biāo)和工件坐標(biāo)相一致，保證對(duì)齊。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件主要采用3-2-1法來(lái)建立坐標(biāo)系^[4]，通過面、線、點(diǎn)的主要特征來(lái)綜合確定坐標(biāo)軸、原點(diǎn)，利用這一坐標(biāo)系幫助找正。根據(jù)加工圖紙的設(shè)計(jì)和加工基準(zhǔn)，在三維模型中提取測(cè)量基準(zhǔn)。之后通過不在一個(gè)直線中的三個(gè)點(diǎn)來(lái)確定一個(gè)平面，以這個(gè)平面的法線矢量來(lái)確定坐標(biāo)軸方向，實(shí)現(xiàn)找平，也就是321法中的“3”，適用于平面以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的圓柱圓錐等結(jié)構(gòu)工件。之后是321原則中的“2”，通過兩個(gè)點(diǎn)能夠確定一條線，將這個(gè)線圍繞確定好的第一個(gè)軸向作旋轉(zhuǎn)，形成第二個(gè)軸向。最后的“1”，就是確認(rèn)坐標(biāo)系各軸向的原點(diǎn)，通過面、線、點(diǎn)來(lái)分別定XYZ三個(gè)軸向上的原點(diǎn)。

2.5特征提取及測(cè)量

將三維模型完成導(dǎo)入和對(duì)齊之后，獲取尺寸數(shù)據(jù)就比較簡(jiǎn)單了。比如圓形結(jié)構(gòu)的特征數(shù)據(jù)，測(cè)量軟件只需從三維模型中通過識(shí)別特征的功能，就能獲取各元素的樹脂。之后定義個(gè)特征的測(cè)量策略，包括測(cè)量探針的高度、采集點(diǎn)的的數(shù)量等。根據(jù)不同的特征元素進(jìn)行自動(dòng)的數(shù)據(jù)測(cè)量，以下以幾個(gè)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為例，解析具體的測(cè)量。

①圓柱面測(cè)量

將模型導(dǎo)入到軟件中，在軟件的測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)域點(diǎn)擊所提取的圓柱面，右鍵菜單選擇生成測(cè)量點(diǎn)，可以調(diào)節(jié)測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)，比如對(duì)圓柱體表面生成4行共32個(gè)測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，為保證測(cè)量的順利進(jìn)行，盡量避開有凸起或孔洞的部分，截取表面平整光滑的部分。在模型上選擇完，并創(chuàng)建好測(cè)量點(diǎn)后，系統(tǒng)就能自動(dòng)生成測(cè)量結(jié)果、三坐標(biāo)系的數(shù)值。

②小圓柱孔測(cè)量

工件上可能會(huì)有小孔，這一部分是測(cè)量的一個(gè)難點(diǎn)，通常小孔是小型的圓柱形結(jié)構(gòu)，測(cè)頭應(yīng)當(dāng)和小孔的角度角度保持一致，這樣才能保證測(cè)頭測(cè)量時(shí)的順利運(yùn)動(dòng)。出設(shè)計(jì)測(cè)量點(diǎn)之外，還應(yīng)設(shè)計(jì)進(jìn)出口的位置、回退、靠近距離等相關(guān)參數(shù)，設(shè)置完成后進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

③圓錐切面測(cè)量

這也是一種比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，需要設(shè)置合理的參數(shù)，包括測(cè)點(diǎn)的位置、測(cè)量的長(zhǎng)度以及角度等參數(shù)，使測(cè)頭能夠進(jìn)入到圓錐切面中，測(cè)量完成后，軟件就能夠獲取圓錐切面的結(jié)構(gòu)。

2.6測(cè)量數(shù)據(jù)輸出

將三坐標(biāo)系建立好，并設(shè)置測(cè)量的相關(guān)參數(shù)，將工件防止在設(shè)備上就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。根據(jù)設(shè)計(jì)的參數(shù)自動(dòng)探找特征于事物上進(jìn)行測(cè)量。還能夠分析測(cè)量數(shù)據(jù)和工件實(shí)際位置是否存在偏差。測(cè)量完后，軟件可以將其自動(dòng)打印成報(bào)告。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上，利用基于工件三維模型的三坐標(biāo)測(cè)量，能提高測(cè)量的質(zhì)量，建立更加準(zhǔn)確的坐標(biāo)系。目前生產(chǎn)制造領(lǐng)域已經(jīng)朝著自動(dòng)化、智能化發(fā)展，需要更加高效智能的測(cè)量技術(shù)，這種測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，勢(shì)必會(huì)助力我國(guó)生產(chǎn)制造行業(yè)的智能化發(fā)展，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

陳曉，女，漢族，山東省淄博市，1995.01.08，大學(xué)本科，工作單位：中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，職稱，助理工程師，主要從事三坐標(biāo)測(cè)量工作，郵編：710089