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1、CAD 模型在三坐标检测及生产中的应用模型在三坐标检测及生产中的应用0 前言前言三坐标测量机足近几十年来。随着计算机、机床业的飞速发展而产生的一种高效高精度的测量仪器。它采用坐标测量的原理，在计算机软件的控制和驱动下，完成对工件几何尺寸和形位公差的三坐标数据采集。它有机地结合了数宁控制技术，利用计算机软件技术采用先进的位置传感技术和精密机构技术，并使之完美结合，顺应了硬件软件化的技术发展方向。三坐标测量机作为一种高精度的通用测量设备在工业生产领域中的使用越来越广泛，也越来越受到生产型企业的再视。而三坐标测量软件中对 CAD 功能的引入，更足将坐标测量机的应用领域和易用性推到一个新的高度。目前使
2、用的 globao 型三坐标测量机，在 WINDOWS-XP 操作系统下，使用 PC-DIMS CAD+测量软件，并且配置了三维转换功能。主要用 PC-DIMS 对复杂样板窄问尺寸及一些轮廓曲线进行检测与测量。检测过程中有时需要使用 CAD 模型来引导测量。使用的 CAD 模型主要来源于 PROE 但对于 PC-DIMS 来说。无论使用哪种造型软件来提供 CAD 模型，模型导人后的测量及处理都是一样的。1 虚拟测量虚拟测量虚拟测量就是在没有实际工件的情况下对 CAD 模型在软件中进行测量。首先在 PC-DIMS 测量软件下导人 CAD 模型，即打开文件导入选择要导入的 CAD 模型文件类型，然
3、后按提示操作。当模型导人后，根据所要测量的几何元素，使用鼠标在模型上点击所要测量的元素并合理采点此时 CAD 模型上会显示所采点的位置及其矢量方向。当采够所需要的点数后再在采点窗口中点击创建。系统将会驱动虚拟测头进行采点。并拟和出要测的几何元素及其图形。虚拟测量的主要功能是实现在脱机状态下完成自动测量编程过程。例如测量图 1 所示样板的轮廓度。它是多圆弧且小弧线连接的样板，用传统的测量方法测量其轮廓度是很麻烦的。而且测量精度达不到要求，利用 CAD 模型就完全可以解决测量难的问题。图 1 样板轮廓度首先要在三维软件下做出 1：1 的数字模型，然后通过 PC-DIMS 软件导入到测量环境下，具体
4、操作过程如下：文件一导人一 CAD 数摸，模型导入后最初在 PC-DIMS 软件下，从图 1 看出设计基准在 A 点，在测量零件时将零件坐标系原点建在 A 点上。在检测时。建立正确的坐标系很关键，首先将平面 1 找正然后再测出直线 1 和圆 1，利用三、二、一法建立坐标系。关键在建立坐标系时要选择 CAD 部件按钮，这样坐标系就建好了。通常将坐标系的原点放在什么位置对 CAD 模型的造型过程是没有影响的，但为了在实际测量中更好地将机器坐标系与零件坐标系重合，在建立 CAD 模型时最好将坐标系建在设计基准上，这样在测量导人模型时会更方便一些，因为在测轮廓度时基准原点是有固定位置要求的。2 编程过
5、程编程过程如果不用 CAD 模型，利用 PC-DIMS 也能给工件的测量进行编程实现全自动的快速测量，这种方法简单易用，适应面广，因此在业内被广泛使用。但由于这种编程每一步都需要测量人员在工件上取点，而且如测量轮廓度还必须找到每个连接圆弧的理论中心，建立多次极坐标系才会实现测量过程，这样会大大降低了编程效率和测量速度，而且测量程序冗长，让其他测量人员读起来也特别费时。所以利用 CAD 模型，利用三坐标机闭曲线扫描功能对工件周边进行扫描，直接就可测量出该零件的轮廓度误差，既方便又高效，从而可完成编程的过程，这样的程序简单快捷，而且易读。解决了以上问题。在程序编制完成之后，还可以在 CAD 环境中
6、用程序进行模拟测量。对程序进行验证，找出运行过程中出现的错误测量路径和采点，并对程序进行修正。必要时添加合理的移动点和安全平面，还可插入注释，将实际测量中可能出现的问题降到最低，最大程度地保证了测量过程中的安全性。3 形位公差的评定形位公差的评定在没导入 CAD 模型时，在编制测量程序时，必须手工输入几何元素的理论值，然后冉和实际测到的真实值进行比较，这样对形位公差的评定很不方便。当坐标测量机软件引入 CAD 模型功能之后，就可以在软件中对模型进行测量，因为模型足根据图纸在造型软件中设计出来的，导人后经过对模型的测量，直接得到设计要求的理论值，当运行测量程序时。就能测到所需几何元素的实际值。这
7、样就可以对所测几何元素的形位公差进行评定。这在使用中，既省去了手工逐个输入几何元素理论值的麻烦，又避免为了与图纸上的标注尺寸相对应而频繁变动坐标系。这大大降低了检测人员的劳动强度。也减少了出错的几率，同时也提高了测量的精度及效率，使形位公差的评定更加方便快捷。4 CAD 模型的输出在生产中的应用模型的输出在生产中的应用在实际生产中。有时需要对一些没有具体尺寸的零件进行测绘。特别足样件中有曲线、曲面等很难通过直接测量就能获得准确数据的复杂工件。由于有时需要对新型车钩及其它部件进行测绘，为下一步更好地设计提供可靠的依据，这就是生产中要解决的问题。生产样品，就要有相应的数据信息。数据采集是起点。是生
8、产中的基本活动，三坐标测量机是理想的数据采集器。对规则形状诸如点、直线、圆弧、平面、圆柱、圆锥、球等，以及扩展规则形状如双曲线、螺旋线、齿轮、凸轮等，数据采集多用精度高的接触式探头。依据数学定义对这些元素所需的点信息进行数据采集规划，这很容易做到。但现实产品不可能是理论形状，加工、使用、环境的不同，也影响着产品的形状。作为生产中的测量规划，就不能仅停留在“特征”的抽取上。应考虑产品的变化趋势。可以利用 SP600 扫描测头，对所测零件进行扫描，得到点云，利用测量软件的 CAD 模型导出功能，将文件转化为通用格式即 IGES 格式，在三维造型软件中将所扫描的点云加以构造，再对模型进行评价，即可得
9、到所测元素的各种尺寸。例如对型号为 PFl 37-11-00 的 FR 型钩尾框前端开口样板的测量。该样板所测尺寸均为周边轮廓。其图纸要求如图 2 所示。图 2 钩尾框前端开口的测量利用传统的测量，根本无法测出周边尺寸，上下 2 个截面的尺是一样的。中间是圆滑过度，所以必须运用 CAD 模型及三坐标机的扫描功能才能完成测量过程。首先用测量机对该样板的多个截面进行闭曲线扫描，采集出点云，再把上下 2 个截面作为导出曲面，利用导出功能，将测得的 2 个截面和点云导出到三维造型软件下，所用的软件为 PRO/E，导出格式为 IGES 格式。在该环境下对其进行造型，造型后的结果如图 3 所示。图 3 造
10、型结果从造型图上可直接对所要测量的几何要素进行评价，这里仅举了 1 个要素的评价。图 3边上的小窗口就是对几何要素的测量展示。以此类推，就完成了对该车钩样板的全部测量过程。另外利用 CAD 模型和三坐标的扫描功能还能完成盲件的测绘过程，再通过与数控加工中心的联网可直接加工出新产品。当前智能数据采集还处于刚开始阶段，但它是三坐标测量机所追求的目标。它包括样件自动定位、自动元素识别、自动采集规划和自动数据采集。有了这些数据。就可以再使用三坐标测量机对生产出来的工件进行检测，保证产品的质量。生产中把三坐标测量机、CAD/CAM/CAE 软件、CNC 机床能有机而又高效地结合在一起，成为产品研发和生产的一个高效、便捷的途径。但这还是一个不完伞成熟的过程，各个环节仍有待于进一步完善、探索和研究。5 结语结语三坐标测量机作为一种通用测量机。由于其具有很高的测量精度和测量效率，并且具有操作方便，可实现在线测量等众多优点，已经在现代工业中有了不可替代的地位。而 CAD功能的引入，必将给三坐标测量机带来更大的使用空间。三坐标测量机作为生产中数据源的采集器，有待于朝着超大型和超微型 2 个方向发展：其测头有待于朝着高效、快捷、多用途方向发展；软件要求功能强大且操作简便。总之，三坐标测量机在生产应用中将朝着智能化的方向发展。
