CMM测量路径的生成与仿真

    0 引言

    利用CMM(三坐标测量机)对复杂曲面进行测量,是对具有复杂结构的零部件进行数学模型重建、质量检查、数控加工控制的有效手段[1-3, 5]。在CMM上对工件进行测量时,必须为测头找到一条合理、可靠的运动路径,即在测头的移动过程中不与其它工件或夹具发生碰撞的前提下,获得达到终点的最优路径。为避免在实际的测量过程中发生碰撞造成损失,通常要在测量前对测量路径进行仿真,得到最佳测量路径。本文在讨论CMM使用触发式测头进行测量时,测量路径的生成方法的基础上,针对目前专门用于CMM测量路径与CMM测量过程在运动上的相似性,利用数控加工过程的NC验证方法在UG中有效地对CMM测量路径进行了仿真,避免测量过程中发生不必要的碰撞。

    1 CMM测量路径的生成

    在基于被测工件CAD模型的CMM测量中,测量路径的生成是在测点确定以后,根据测点位置、被测表面在测点处的法向、测量次序生成测量路径的过程。为了缩短测量时间,降低检测成本,对测量路径生成的基本要求是:生成的测量路径要尽可能短且在测量过程中避免碰撞发生。

    1.1 DCC控制参数

    DCC是直接计算机控制(DirectComputerControl)的缩写。DCC参数主要包括定位点和快速定位点、测头运动速度、测量距离等,它们的设定与检测路径的生成直接相关[4]。

    1.2 测量路径的生成

    CMM采用触发式测头进行测量时,一般按法向接触测量的原则,根据测点位置、被测表面在测点处的法向以及相关的DCC控制参数生成检测路径。测头法向接触测量的移动路线如图1所示,测量时测头的路径由三段组成:¹段为测头接触被测表面读取坐标值后回退的距离;º段为从回退位置到下一个定位点的距离;»段为测量距离。在以上三段中,¹段和»段对于每一个确定的被测点其长度都是确定的,所以为了生成尽可能短的测量路径,优化工作主要在º段。在º段测头的运动为平动,在生成测量路径时它的模型可描述为:空间有n个点,现要求用尽可能短的距离将n个点连接起来,约束条件为每个点要求使用且只能使用一次。

    2 CMM测量路径的仿真

    测量路径的仿真是CMM测量过程中的一个重要环节,是为了避免实际测量中可能出现的碰撞,造成CMM在测头、精度以及工件各方面的损失,测量前在算机上对测量过程模拟运行。模拟过程中如果有碰撞发生,则返回并通过添加中间定位点的方法或其它方法修改原来路径,直到没有碰撞发生。

    2.1 球头铣刀数控加工和CMM测量在运动上的相似性