虚拟坐标测量机构成和实现方法

　　1　引　　言

　　三坐标测量机自1959年问世以来,经过近三十年的发展,已广泛地应用于三维复杂零件的尺寸、形状和相互位置的高准确度测量,以及实物模型数字化和在线质量控制等领域。目前,世界上生产坐标测量机的厂商已超过50家,品种规格已达300种以上,全世界拥有2万台以上,我国也拥有400台以上。坐标测量机的万能性强,自动化程度高,成为现代化工业生产、科学研究必不可少的精密测量仪器[1]。

　　进入80年代,随着柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)的发展,坐标测量机被集成入FMS和CIMS系统中,成为现代先进制造中质量保证和测量信息反馈的重要组成部分,从而扩大了坐标测量机的应用范围。随后,国内外一些大专院校和科研单位围绕CAD、CAM和CMM集成问题进行了大量工作,并取得了一系列成果。

　　近几年,快速设计制造与虚拟现实技术的成熟,推动了虚拟制造技术的发展。在虚拟现实硬件中,在市场上已有各式各样的立体眼镜,头盔显示器,数据手套等[2],1995年DenebRobotics公司推出了在虚拟设计制造方面的代表性软件产品虚拟数控机床(Virtual NC)[3],说明虚拟制造技术进入一个新的历史阶段。然而,作为现代生产和制造系统中不可缺少的坐标测量技术的研究却远远落在后面,由此可见,在虚拟环境下,虚拟坐标测量机的研究是虚拟制造技术发展的需要,虚拟坐标测量机的出现,不但开辟了坐标测量技术的一个新的研究领域,而且必将成为虚拟制造系统中的一个十分重要的组成部分。

　　2　虚拟坐标测量机的概念

　　传统三坐标测量机的制造和应用技术已相当成熟,为虚拟三坐标测量机的产生奠定了基础,虚拟坐标测量机是坐标测量技术与虚拟现实技术的有机结合。虚拟现实技术产生于三维计算机动态图形学的成就,是一种完全新型的人机界面形式。虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界(virtual world)的计算机系统。虚拟世界是全体虚拟环境(virtual environment)或给定仿真对象的全体。虚拟环境是由计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于用户,使之产生身临其境的感觉的交互视景仿真[4]。虚拟现实产生后,迅速进入娱乐、训练、演示和设计制造等应用领域。

　　所谓虚拟坐标测量机(VCMM),实际上是一个以制造技术为背景,以几何量测量为对象,在虚拟坐标测量机开发环境中由用户生成的虚拟几何测量系统。虚拟坐标测量机是一种没有真实量仪实体,但却有实际量仪感觉和功能的坐标测量机,它是一种建立在虚拟现实或虚拟环境科学基础上的,集量仪设计理论、计算机辅助设计、计算机辅助测量、计算机辅助检测规划和测量过程建模与仿真技术等于一体的,以个人计算机或工作站为母体、以软件为主的一个计算机空间。在这个人造现实空间里,用户可以根据自己的需求来建造所需的各种坐标测量机和运行环境,所生成的坐标测量机可用于测量工件、功能演示和教学培训等。