3D數模的CMM曲面檢測技術

　　對齊(Align)是三坐標測量機軟件的一項重要內容，無論有無數模，都必須通過對齊，將機器坐標系與工件坐標系保持一致，測量值才具有可比性。 對于箱體類零件，基本都采用3-2-1方式建坐標，利用面、線、點特征來確定坐標軸和原點，通過建立工件坐標系來將工件找正，這也是最基本、最準確的對齊方法。應盡量選用加工好、范圍大的特征來作為建坐標基準，以減小對齊產生的誤差。通常，對于建立的坐標系，還需要可以進行平移、旋轉等操作，以產生新的對齊。

　　對于不規則形體，計算就要復雜得多。如果工件上有明確的特征點，如3個孔心，則通常測量出實際值，與理論值對應，進行3點找正。

　　我們經常會遇到工件上沒有明確特征的情況，即我們無法準確的將測量值和理論值直接對應。對于該情況，測量軟件常用的是迭代找正的方法。對于單點觸發采數的測量機，通常是軟件在數模曲面上選取多點作為目標點，所選取的點應能在全部6個自由度上固定零件，以防零件出現旋轉和移動，然后將測量機移動到工件上盡量對應的位置采集實測點，軟件將測量點在數模上目標點的附近區域進行迭代找正，直到找正誤差在指定的精度內。有的測量軟件在迭代超差時，將指導你重新測量到更接近的點進行更準確的計算。

　　還有種情況是直接測量多個點，軟件將該點群與理論數模進行最佳匹配計算，將點群與數模一步步對齊，直到點群與數模的偏差均方根最小。該方法點數越多越準，但同時計算越復雜，對計算機要求較高，通常在掃描點云的對齊中，用得比較多。

　　盡管每種軟件關于對齊都有不同的分類和特點，但基本主要采用以上方法。

　　三、測尖補償

　　目前，三坐標測量機用得最多的是機械觸發式測頭，配以紅寶石測針，必然會帶來測尖補償的問題。

　　對于平面、圓等標準特征，可以通過整體偏置的方式自動補償測頭，對于連續掃描的曲線，也可以用同樣的方式自動處理。但對于曲面測量時經常遇到的單點測量，如何解決測尖補償問題呢?

　　要單獨對一點進行補償，則必須知道補償的方向矢量，也即是接觸點處的法向矢量方向。為了找到該法線方向，比較準確的做法是，在測點的周邊測量個微平面，以該微平面的法向視為測點處曲面的法向，從而完成測尖補償。

　　對于工件測點附本身曲率變化不大的地方，或者工件與數模本身偏差較小的情況下，如果要求不高，為了減少采點數，也可以不測量微平面，軟件直接以測點刺穿數模的方向矢量進行測尖補償，即以數模上該處的法向矢量代替工件上實測處的法向矢量做為測尖補償的方向。但是如果工件與數模本身該處曲率偏差大，則測尖補償將不準，導致測量數據不可靠。

　　對于非接觸式測頭，不存在測尖補償問題。

　　四、理論值捕獲

　　在解決了數模的導入和對齊后，理論值的捕獲就比較簡單。對于圓等標準特征，軟件只需要能從CAD數模上選取識別該特征，即可直接從其特性中提取理論值。對于自動測量來說，就可以直接根據數模特征進行編程，指導機器運行到特征的理論值位置附近進行測量。

　　對于曲面工件上的點，通常分為曲面點和邊緣點，有的軟件分得更細。對于曲面上的點，通過直接測量，測量點沿數模曲面法向投影到曲面上，即可獲得理論點。但邊緣點就不同了，邊緣是CAD曲面的邊界所在，例如，鈑金件的邊，最簡單的如方體的棱邊等。如果要檢測邊緣上的點，由于測針無法直接準確測量到，并且測頭的補償方向無法確定，因此，無法直接測量，只能采用間接測量的方式。通常，其處理原理如圖3所示，為了測量邊緣上P點，可以在其兩邊測點。此例采用前3點用于確定上面，第4,5點確定邊界方向，而最后一點6確定目標點的位置，其投射到前面確定的邊所產生的點，視為邊緣測量點，其理論值為數模中曲面邊緣距其最近點。

　　通過以上方式，即可實現邊緣點的檢測。具體到不同軟件，可能有不同的處理方法。 4.曲面測量軟件現狀