三坐标测量程序中路径控制点规划策略

　　现有三坐标测量机(Coordination MeasuringMachine,CMM)软件系统在规划测量路径时,大多采用人机交互、自动记录操作过程,然后通过重播的方式实现多件零件重复测量的问题。但是,在自动生成DMIS测量程序方面,这些系统则存在如下问题:1)根据CAD模型中的几何尺寸和公差定义,自动识别并定义待测对象较为困难;2)实现测量路径中控制点的管理,以高效生成可行的测头行走路径比较困难[1]。由于路径控制点是控制测头行走轨迹的重要参数,它直接关系到测头行走路径规划方案是否合理,以及是否能确保测头不与零件发生碰撞干涉[2],本文针对离线模式下如何开展DMIS测量程序自动规划问题,提出了利用构造参数平面的方法来管理路径插入点的方法,结合有效的无碰撞干涉路径生成策略,探索了解决测量路径控制点管理问题的方法,取得了初步成果。

　　1　测量点集管理

　　1.1　测量路径控制点的管理

　　测量路径控制可用图1所示的实例说明。图中MP(Measuring Point)为测量点,CP(Control Point)为控制点。其中,图1(a)中测头的行走轨迹为MP1→CP1→CP2→MP2,可以正常测量;图1(b)中测头行走轨迹为MP1→CP1→CP2→MP2,测头与零件将发生碰撞干涉,不能正常测量;图1(c)中的测头行走MP1→CP1→CP2→CP3→CP4→MP2,由于插入了控制点,避免了碰撞干涉情况。

　　为了解决测量路径控制点管理,采用了构建测量位置点所在参数平面的管理方法,即首先根据测头位置点(Position Point,PP)建立一个参数平面,然后在这个参数平面上插入所需的轨迹控制点。这样,既可以使得控制点算法简单,也能够有效规划路径。例如,在图2测头行走路径控制管理示例中,测量对象是4个异面孔{孔1,孔2,孔3,孔4},即在孔的圆柱面采集测量点。在测量路径规划中,首先,根据孔元素的可测性,系统根据CAD模型信息,可以获得4组测头PP位置点,即{PP1,PP2},{PP3,PP4},{PP5,PP6},{PP7,PP8}。然后,在参数平面中,根据无碰撞干涉原则,插入控制点。这样,系统就可以得出4组连续运动的行走轨迹段,即PP1→PP2→CP1→CP2→PP3→PP4,PP4→PP3→CP2→CP3→PP5→PP6,PP6→PP5→CP3→CP4→PP7→PP8,PP8→PP7→CP4。

　　1.2　测量轨迹点的排序算法

　　系统根据CAD模型信息和数据获取到测量元素,并形成测量位置点PP集合后,系统仍然对这些PP点的顺序是未知的,它们只是杂乱无章地存放在系统内存中。本文采用了邮差最短路径算法,在保证无碰撞干涉的前提下,保证测量路径最优。具体排序算法见图3。其中,图中虚框内的算法可以概述如下。

　　1)根据待测元素及其法矢,进行分类整理。

　　a遍历待测元素集合;

　　b获取待测元素的方向法矢(如平面取面法矢,圆柱/孔取轴线等);