自由曲面测量点分布规划研究

　　0　引言

　　三坐标测量机(CMM)是近40年来才发展起来的机电一体化的测量仪器,这几年更是发展迅速,目前主要应用在机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。使用CMM测量零件比使用传统的专用设备节省大量的时间,并可以提高测量的精度和减轻劳动强度,有效消除人为因素造成的误差[1]。

　　在使用CMM进行测量的时候,一个主要的技术难题就是如何进行测量规划的问题。解决这难题的办法就是要让坐标测量机自动读取CAD信息,然后根据这些信息,按照测量的常识和规则选择测量方法、进行工件的自动定位、确定测量点的分布和自动生成测量路径。

　　在众多的零件特征中,自由曲面是一种比较难定义和加工的几何要素,它不像一般的规则几何元素那样能通过有限的参数精确地定义下来,所以对其进行检测较为困难,测量点分布规划是自由曲面测量的主要内容之一,测量点分布规划的好坏将直接影响检测效率的高低。因此,为了进一步提高检测的效率,使其能够自动完成检测路径的规划任务,必须对测量进行合理测量点分布规划。

　　1　三坐标测量机自由曲面测量规划

　　对CAD模型未知情况下进行自由曲面零件的测量。由于几何数学模型未知,所以不可能在CAD模型指导下进行测量路径规划,应主要考虑如何根据已测点的信息来对自由曲面的测量做出预测和规划。现在比较常用的方法有基于有界曲率平面曲线局部有界性的速度圆矢量分解仿形测量法、点光源激光测头速度控制仿形测量法和三角自适应测量法等[4]。其中第一种方法由于将曲线的几何特性融入到测量中可使测量点的分布和曲面曲率保持一致,但是计算量大,而且需要三坐标测量机支持。最后一种方法对测量点的处理烦琐,效率不高。

　　参考在有CAD模型情况下的测量方法,作者提出了两种方法:在截面弦长指导下的三角自适应测量和基于边界的等弦高差测量。

　　1·1　在截面弦长指导下的三角自适应测量

　　1·1·1　粗测待测曲面并进行拟合

　　首先对被测曲面进行手动初测,测量方法是在曲面的某个方向上间隔一定距离让测头沿着截面方向测量一系列点,然后把这些总依次拟合成截面线。再把截面线拟合成曲面(由于手动测量时为了提高测量

　　精度必须关闭测头的补偿,所以在曲面拟合后要进行曲面的偏置,偏置距离即为测头的半径),此曲面与被测曲面形状大致相同,它将作为测量规划的指导曲面CAD模型,如图1所示。

　　1·1·2　按曲率分布进行截面剖切形成初始化三角网格

　　在以前的三角自适应规划中,使用的初始化剖分网格往往是等间距的,形状有矩形网格剖切和三角剖切两种。这种做法并没有充分利用已有CAD模型的信息指导初始化,后期的三角化效率明显降低,同时在某些曲率变化大的区域还有可能出现剖分不合理的情况。针对这种情况,更有效的方法是在已有CAD模型的信息指导下,使待测曲面的初始三角划分按曲面的曲率分布。具体做法如下: