采用CMM测量系统的智能测量技术

　　0 引言

　　三坐标测量机( CMM) 的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，通过测头导轨的直线运动精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，把实体的模型转化为数字化的三维坐标，实现三维数字化，因此在曲面造型设计中得到广泛应用。但在自由曲面测量过程中，由于表面曲率变化，用CMM 测得接触点的空间坐标值在法矢方向上存在误差，须对曲面进行合理的离散处理和曲面数字化。本文提出一种用三坐标测量机对自由曲面进行检测以及对测量数据进行智能化处理的方法。

　　1 智能测量方法

　　用 CMM 测量系统进行空间自由曲面测量，是通过测头上探针接触零件表面，采集被测轮廓的数据，得到一系列物体轮廓上离散点的坐标值。通过数据的智能化处理，实现对自由曲面的合理离散和曲面的数字化。

　　1. 1 智能测量技术分析

　　智能测量技术是智能控制技术在测量方面的应用，旨在解决测量中涉及到的智能控制问题。对三维中大型工件的测量，主要解决在不降低测量精度的前提下，提高测量效率。方法是加大测量步长，减少测量点数。其优化参数可选为工件的曲率半径，优化方法是根据工件曲率半径的变化，实时自动调整测量步长，做到“缓疏急密、大疏小密”。具体是通过样本的学习和当前测量点曲率半径的计算，推算出待测若干点的曲率值。对待测工件表面形状的分析，基本上可以获得整个曲面形状、曲率变化等信息。其测量系统程序框图见图 1。

　　1. 2 密测点的分布与测量实现

　　在点接触式三坐标测量机进行自由曲面的测量过程中，智能测量沿一个方向进行，称该方向与曲面的交线为测量线。在实测过程中所进行的测量都是针对该线进行的，因此，在测量线上( 测量线的外法线方向上) 对应有一个实测点 S。实测点得到以后，为得到该点附近小平面的法线，需要在该点周围密测，密测点形成小平面。采用三角平面法，把实测点作为三角形的一个顶点，另外测量两个点 M1和 M2，形成三角形平面 SM1M2。简单起见，沿测量方向移动一个小距离得到一点 S'，在该点左右一定小距离处实测两点M'1、M'2，作为密测点，密测的两点 M'1、M'2也需要有一定的姿态，由于离实测点 S 距离较小，密测点利用实测点的姿态进行测量。这样，测量点投影所形成的三角形平面 S'M'1M'2和预测线平行。测量点分布图如图 2 所示。

　　1. 3 密测三角形的参数计算

　　在得到测量点和密测点之后，就可以对 SM'1M'2三角形小平面的法矢进行计算。测量后进行实测点和密测点的记录，形成数据库，并利用实测点和密测点数据库对实测点处的法矢进行离散计算。