基于工件三維模型的三坐標測量技術(shù)探討

摘? 要：本文重點對基于攻堅三維模型的三坐標測量技術(shù)展開探討。在測量技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合工件的設(shè)計數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)和三維模型對齊，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建工件的三坐標系，由此開展三坐標測量，借助測量軟件系統(tǒng)，能夠清晰呈現(xiàn)工件的元素構(gòu)造，并可實現(xiàn)投影功能，多角度地測量出更多尺寸數(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;三坐標測量

應(yīng)用三維模型技術(shù)能夠為制造加工提供更加準確的數(shù)據(jù)，在三維模型的基礎(chǔ)上，加入三坐標系，以及相關(guān)測量軟件，能夠進一步提升數(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)工件的多項尺寸測量需求，因其技術(shù)的優(yōu)越性，目前已被越來越多的制造企業(yè)所引入?；诠ぜS模型的三坐標測量，就是將工件的3D立體模型導(dǎo)入進測量系統(tǒng)中，使坐標系和工件結(jié)構(gòu)點對其，找正機器和工件的位置和坐標，由此來獲取工件的坐標位置進行測量，得到工件關(guān)鍵部位的測量數(shù)據(jù)。

1.基于三維模型的三坐標測量的技術(shù)優(yōu)勢

利用工件三維模型建立三坐標系并進行測量，這種方式能夠在實際工件上獲取數(shù)據(jù)，并且能夠在脫機的狀態(tài)下編程，只要將三維模型導(dǎo)入進測量軟件系統(tǒng)中，無論是否加工，都可以編程，提高了效率^[2]。此外，傳統(tǒng)的測量方式，需要手動輸入理論值，再與實測結(jié)果進行比對。而基于三維模型的三坐標測量，當導(dǎo)入三維模型后，就能直接獲取理論值，無需人工逐個輸進到系統(tǒng)中，減少了人力勞動，也避免了人工操作可能出錯的問題，取得更加準確的測量結(jié)果。

2.三坐標測量技術(shù)

2.1工件三維模型的導(dǎo)入

將工件的三維模型導(dǎo)入進測量軟件里。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測量系統(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)換成實體模型結(jié)構(gòu)。

2.2坐標系找正對齊

工件的坐標系和加工機床坐標系應(yīng)當找正對齊，這樣才能有效進行測量以及編程操作。讓工件的位置、CAD三維模型和機床坐標系整合起來，這是建立三坐標測量的一項重點。

2.3選擇測量基準

在測量之前，首先要了解所采用的加工方案，明確設(shè)計和加工的基準，使所設(shè)計的測量基準能夠和設(shè)計加工的基準保持一致，防止各基準不統(tǒng)一所帶來的誤差。因此在設(shè)計之前，務(wù)必要對所測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

在進行三坐標測量時，三維模型應(yīng)當和工件加工的所在位置是相同的。工件是被裝夾在機床上，因此裝夾的位置、方式也會影響其實際位置。測量時的裝夾方式，要和實際加工時的裝夾方式相同，工件放置位置也要和機床坐標系相平行。這樣才能得到準確的數(shù)據(jù)。在測量時，盡量在一次工件裝夾中完成所有重點數(shù)據(jù)的測量，避免多次裝夾，防止裝夾誤差所帶來的影響。

2.4建立工件三坐標系

三維模型按照實體模型的形式建立絕對坐標系，并導(dǎo)入進測量系統(tǒng)中。為使三維模型和工件實際位置是重合的，需要讓機床坐標和工件坐標相一致，保證對齊。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件主要采用3-2-1法來建立坐標系^[4]，通過面、線、點的主要特征來綜合確定坐標軸、原點，利用這一坐標系幫助找正。根據(jù)加工圖紙的設(shè)計和加工基準，在三維模型中提取測量基準。之后通過不在一個直線中的三個點來確定一個平面，以這個平面的法線矢量來確定坐標軸方向，實現(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”，通過兩個點能夠確定一條線，將這個線圍繞確定好的第一個軸向作旋轉(zhuǎn)，形成第二個軸向。最后的“1”，就是確認坐標系各軸向的原點，通過面、線、點來分別定XYZ三個軸向上的原點。

2.5特征提取及測量

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

①圓柱面測量

將模型導(dǎo)入到軟件中，在軟件的測量數(shù)據(jù)區(qū)域點擊所提取的圓柱面，右鍵菜單選擇生成測量點，可以調(diào)節(jié)測量點的參數(shù)，比如對圓柱體表面生成4行共32個測量進行測量，為保證測量的順利進行，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)建好測量點后，系統(tǒng)就能自動生成測量結(jié)果、三坐標系的數(shù)值。

②小圓柱孔測量

工件上可能會有小孔，這一部分是測量的一個難點，通常小孔是小型的圓柱形結(jié)構(gòu)，測頭應(yīng)當和小孔的角度角度保持一致，這樣才能保證測頭測量時的順利運動。出設(shè)計測量點之外，還應(yīng)設(shè)計進出口的位置、回退、靠近距離等相關(guān)參數(shù)，設(shè)置完成后進行自動測量。

③圓錐切面測量

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)，包括測點的位置、測量的長度以及角度等參數(shù)，使測頭能夠進入到圓錐切面中，測量完成后，軟件就能夠獲取圓錐切面的結(jié)構(gòu)。

2.6測量數(shù)據(jù)輸出

將三坐標系建立好，并設(shè)置測量的相關(guān)參數(shù)，將工件防止在設(shè)備上就能實現(xiàn)自動測量。根據(jù)設(shè)計的參數(shù)自動探找特征于事物上進行測量。還能夠分析測量數(shù)據(jù)和工件實際位置是否存在偏差。測量完后，軟件可以將其自動打印成報告。

3.結(jié)束語

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

參考文獻

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作者簡介：

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