坐标测量技术发展方向

　　0 引 言

　　时间与空间是物体存在的普遍形式，物体总是在一定的空间运动。科学技术要造福人类需要通过一定形式将它物化或引入到客观存在的物体中。坐标是物体在空间存在和运动描述最基本的形式。“没有测量就没有科学”，提高产品质量和生产效率要依靠测量。现代的自动化是柔性自动化，越是柔性的系统越需要测量。测量是智能化的依据。

　　三坐标测量机的出现是几何量测量中的革命，它将各种几何量测量统一为坐标测量。正交式三坐标测量机给生产、科学研究带来了很大的方便，但是也有许多不足，主要体现在以下方面：

　　(1)需要编程;

　　(2)测量多大物体，需要多大测量机;

　　(3)难以用于现场测量;

　　(4)需要进一步提高精度、效率和安全可靠性。

　　1 智能三坐标测量机

　　1.1 工作原理

　　机械化、自动化从体力上解放人类，智能化从脑力上解放人类，它使人类摆脱一般繁琐的脑力劳动，而将精力更集中于创造性的劳动。智能化系统应该能够：(1)实现通信和信息共享;(2)对于对象和环境变化具有自适应能力;(3)根据获得的信息进行决策。

　　图 1 是智能三坐标测量机的框图。

　　1.2 特征提取与建模

　　在智能三坐标测量机中，测量信息从工件的CAD 文件中提取。作为提取信息的手段应当能与各种编程制式兼容，这种文件称为中性文件。STEP、PROE 和 IGES 具有这种性能。不知道工件整体形状、大小，就难以防止在测量中发生碰撞。同样的一个公差值，例如 100+0.022，它可能是长度、轴径、孔径、中心距等，其测量方法、测量规划是完全不同的。必须对工件建模重构，才能正确进行测量。

　　1.3 工件位姿识别系统

　　由于工件在三坐标测量机上是任意放置的，不了解工件的安放位置、姿态也是无法进行正确测量的。为了了解工件的安放位置和姿态采用图 2 所示工件位姿自动识别系统。在测量机上安装1~2个CCD摄像机，利用它获取工件的实际图像。另一方面根据工件的 CAD 模型，通过透视成像获得工件的虚拟图像。将实际图像与虚拟图像进行匹配，就可以确定工件安放的位置和姿态。

　　1.4 测量路径规划与测量程序的生成

　　测量路径规划包括测头选择、采样策略、防碰撞设计和测量路径的优化等。选择测头既要考虑需要，又要考虑可能。采样策略包括采样点数的确定、采样点位置的分布、测头的方位(测头回转体的转角)等。防碰撞设计是测量路径规划的基本要求，避障点的选取是防碰撞设计的重要内容。测量路径的优化是路径规划重要内容。在完成测量路径规划后利用测量机的软件平台就可以自动生成测量程序。所有上述工作都需有赖于对于测量机和测量知识的掌握。要依靠有丰富学术和经验的专家建立完善的知识库，在知识库指引下完成上述工作。