3D數(shù)模的CMM曲面檢測技術(shù)

1.引言

　　三坐標測量技術(shù)迅速發(fā)展，而配套檢測軟件的發(fā)展，更是突飛猛進。最早的三坐標測量機只能顯示XYZ坐標，而目前的各種檢測軟件幾乎可以解決用戶的絕大部分問題。軟件日益成為影響用戶使用好壞的關(guān)鍵所在。

　　2.CMM測量軟件發(fā)展趨勢

　　對于傳統(tǒng)的三坐標測量機檢測來說，通常是設(shè)計部門提供二維圖紙，檢驗部門根據(jù)圖紙對工件進行尺寸及形位公差的檢測。隨著三維CAD軟件的應(yīng)用，越來越多的技術(shù)部門使用三維CAD建模技術(shù)進行設(shè)計。因此，各坐標機廠家紛紛推出了基于三維CAD技術(shù)的測量軟件，直接將客戶設(shè)計好的三維CAD模型導(dǎo)入測量軟件進行檢測。這樣做的優(yōu)點非常明顯，不需要額外的圖紙，理論值可以直接捕獲，更可以進行測量仿真，測頭干涉檢查等，所以，受到用戶的一致好評。基于CAD的測量成為目前三坐標測量軟件的發(fā)展熱點。

　　在CAD設(shè)計中，一般的規(guī)則工件通過基本的特征命令即可完成三維實體設(shè)計，比如拉伸、打孔等，對于此類工件的檢測，相對比較簡單。隨著工業(yè)造型的發(fā)展，以及加工中心的應(yīng)用，越來越多的工件被設(shè)計成復(fù)雜的形狀表面，比如覆蓋件、內(nèi)飾件等。曲線曲面的建構(gòu)技術(shù)在CAD造型中屬于比較高級的設(shè)計范疇，許多高檔三維CAD軟件都有專門的曲線、曲面處理模塊，使得用戶可以設(shè)計出B級甚至A級曲面。曲面類工件的檢測，對三坐標測量軟件提出了更高的要求。

　　3.CMM曲面檢測

　　3.1傳統(tǒng)測量方法

　　在沒有采用CAD數(shù)模的情況下用三坐標測量機對曲面件檢測，通常是，先在CAD軟件里用相關(guān)命令在曲面數(shù)模上生成截面線和點的坐標，以此作為理論值，控制測量機到對應(yīng)的位置，進行檢測，并比較坐標值的偏離。這種方法需要設(shè)計人員額外提供理論數(shù)據(jù)，同時測頭測尖球徑的補償不容易準確實現(xiàn)，對于單點測量來說，由于無法確定矢量方向，測頭的補償根本無法實現(xiàn)。因此，這種辦法具有一定的局限性。

　　3.2基于3D數(shù)模的測量

　　利用曲面數(shù)模對曲面進行檢測是CMM測量技術(shù)發(fā)展的需要。由于曲面建構(gòu)技術(shù)比較復(fù)雜，在CAD應(yīng)用范疇里也屬于高端技術(shù)，一般由專業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)完成。在測量軟件內(nèi)，則是通過導(dǎo)入設(shè)計數(shù)模而利用的問題。為了實現(xiàn)這一目的，就必須解決好四個方面的技術(shù)問題：數(shù)模導(dǎo)入接口、對齊、測尖補償、理論值捕獲。

　　一、數(shù)模導(dǎo)入接口

　　利用數(shù)模進行檢測，首先要做的工作，當(dāng)然是保證數(shù)模正確導(dǎo)入到測量軟件。事實上，由于技術(shù)、利益等眾所周知的原因，全世界各大CAD制造商各自開發(fā)著不同的軟件和格式，例如國內(nèi)影響比較大的UG、PROE、CATIA等，均不能直接互讀文件。

　　為了解決這一矛盾，國際上建立了一系列的數(shù)據(jù)交換標準，如國際標準數(shù)據(jù)交換STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)，美國的初始圖形交換標準IGES (Initial Graphics Exchange Specification)等。盡管IGES標準存在數(shù)據(jù)文件大、轉(zhuǎn)換時間長、信息不夠全等缺點，但不可否認，它是目前應(yīng)用最廣泛的接口標準，絕大部分CAD軟件均支持該標準，我國也將IGES作為推薦標準。

　　目前具備數(shù)模檢測功能的測量機軟件，均支持IGES格式。差異基本上主要體現(xiàn)在復(fù)雜數(shù)模輸入后個別曲面的丟失、破損，還有就是導(dǎo)入速度的快慢。對于一個10M的數(shù)模，有的可能用幾十秒鐘，有的可能要幾分鐘。目前市面上比較有名的CMM測量軟件，均基本較好的解決了這一問題。圖1為中測量儀自主研發(fā)的ZCRMDT測量軟件，導(dǎo)入數(shù)模到檢測軟件的情況，數(shù)模大小46M多。

　　針對目前主流CAD軟件，一些測量機軟件商也開發(fā)了各種直讀接口，如UG文件直讀、PROE文件直讀等，不需中間文件格式轉(zhuǎn)換，避免了轉(zhuǎn)換帶來的影響。不過，這種接口一般都需要另外購買。