基于虚拟样机技术的VCMM构建与测量方法

　　随着虚拟设计、虚拟制造及逆向工程等技术的兴起,与此相关的技术得到了很大发展·同时虚拟设计、虚拟制造、三维重建的发展对虚拟产品设计、制造过程中的测量、检验和评价等也提出了更高的要求[1,2]·作为虚拟制造技术及先进制造理论的产物虚拟坐标测量机(VCMM, virtualcoordinate measuring machine或virtual CMM)的出现,对于支持CIMS、并行工程、逆向工程和虚拟制造,都具有重要意义和很高的实用价值·

　　VCMM可以缩短测量周期,提高CMM工作效率,降低检测成本,避免检测误操作引起的测头损伤以及选择确定最佳的检测方案,VCMM能够从CAD模型中提取被测零件的尺寸和公差信息,自动选择测头,确定采样策略和路径规划,并最终生成被测零件的DMIS测量程序·特别是在逆向工程和虚拟制造中,对现有三维系统、虚拟加工或逆向三维重建系统中所创建的三维模型进行检测,快速地获得三维形体的指定截面数据,以便对虚拟加工或造型的三维形体的加工或造型误差进行较为全面、综合的评价特别有意义·随着计算机技术的发展,虚拟技术已在产品开发和制造过程中占据越来越重要的地位,在虚拟环境下,对虚拟产品进行虚拟测量是一个新的研究领域,而且必将成为虚拟设计、虚拟制造系统中一个重要的组成部分[3,4]·

　　在现实三维坐标测量机中,测头的半径补偿方法一直作为一项关键技术而被关注·在虚拟坐标测量机中,虽然特点有所不同,但也会存在同样的问题·本文给出了虚拟坐标测量机的体系结构,就构建方法进行了分析,并采用虚拟样机技术开发了VCMM系统·同时提出了虚拟坐标测量机的测头形式与测头半径补偿方法,为在虚拟环境下对CAD模型任意截面进行精确、快速测量提供了一种可行的解决方案·

　　1　VCMM的体系结构

　　虚拟坐标测量机是坐标测量机技术和虚拟现实技术的有机结合,是以制造技术为应用背景,以几何量测量为应用对象的一种开放的虚拟测量系统·虚拟坐标测量机的建模和运行仿真是传统三坐标测量机及其测量过程在虚拟环境中的映射·所谓的虚拟测量就是把坐标测量机、测头和被测零件的三维实体模型放到计算机的图形环境中,通过虚拟测头与被测零件的接触和移动实现对真实环境下坐标测量机的零件测量过程的仿真·根据VCMM原理、定义及其特点,提出VCMM系统结构体系如图1所示·该体系为二维多层递阶结构,共分成4层,其中支撑环境层是系统的底层,负责为VCMM系统运行提供必要基础环境和工具,其中包括各类支撑数据库、三维CAD系统、三维重建系统和虚拟制造系统的数据接口等;用户需求层是用户与VCMM进行交互的界面,通过该界面,用户可方便地实现与VCMM的对话和各种功能选择;仿真分析层是VCMM的虚拟工作层,具有可视化、图形化的模型测量、测量规划、评估、碰撞和干涉检查等多种功能;文件创建层负责VCMM的测量数据的转换与输出,可根据需要生成DMIS测量程序和CAD模型检测报告等多种测量文件[5~7]·