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淮南三坐标测量软件功能和应用分类

2019/4/25

淮南三坐标测量软件功能和应用分类


1、箱体类零件

这类零件以组合平面和孔或轴为主要元素,主要测量空间尺寸与元素的形状位置误差。相对来讲,这是最基本、最简单的一类测量任务。对测量软件的要求主要包括 计算方法的正确性、功能的完整性及操作的便利性三个方面。关于算法的正确性,国际标准化组织在2001年公布了“计算高斯拟合要素的误差的评定”。目前权 威的评价仍然是德国PTB认证,它通过在理论数据上迭加各种可控噪声模拟测量机的随机误差,来检验软件算法的收敛性和结果。软件功能的完整性是看是否包含 所有形状位置误差项,是否具有多重国际、国家标准,例如最小二乘,最大实体,最小实体等。

形状公差的测量虽然是所有测量软件包的基本功能,但以CAD为引擎的新一代测量软件包,通过数模编程、图形环境、图形报告功能,却使操作方式和工作效率有 了革命性的改变。箱体类零件的CAD编程技术,仍需发展的是如何从数模上提取公差值、而不仅仅是形状尺寸的理论值,这项技术涉及到三维数模上的公差标注方 法,还有待于新的技术规范的形成和CAD设计软件的同步发展。

具有CAD的测量软件包已不仅限于对单个零件的测量,还在继续向装配组件发展。即可以由单个零件的测量数据进行装配模拟,以预测实际的组件状况。

2、自由曲面类

自由曲面(包括自由曲线)类零件,以测量轮廓度为特点,从简单的凸轮,到飞机机翼和汽车覆盖件。传统测量软件包将这部分归类为“曲线/曲面”测量。实际上 在测量方式和软件内部处理上均是以测点方式实现的。即先确定一系列理论点,再测量这些实际点,在结果评价时再按照轮廓度要求进行。

这种传统的测量方案主要是受到两个方面技术条件的限制,一方面是测量机只能作分离点的测量,另一方面测量软件不能处理曲线和曲面的数学模型。这种测量方式 对三坐标测量机的空间定位精度也非常敏感。由于控制系统的跟随误差引起的测头空间运动不到位或过定位误差都直接引入到测量点的位置误差,造成实测点本身的 偏离。值得一提的是,测量机空间定位精度差别是很大的,但却不在验收检验范围之内,这就要看各个厂家的出厂控制要求了。

CAD数模的使用,是曲线/曲面的测量数据处理方法由“点到点”改变为“点到曲线”和“点到曲面”,在软件包内部使用的理论模型是真正的曲线/曲面。这一 改变提高了测量数据的精度,克服了三坐标测量机的空间定位误差的影响。加上连续扫描测头的应用,使测量效率大幅度提高,一条扫描线就可实现一个截面轮廓的 测量和分析。

测量技术的改变需要用户测量工艺规范的改变,但这往往是不同步的。因为对于一个大公司来说,要在已成熟定型的产品生产工艺上,作任何的修改,都要涉及到一 大批人的参与和认可,工作量是巨大的,过程是复杂的。目前,还有相当一部分产品仍在沿用老的测量方法。当然,越来越多的新产品生产线,已将三坐标作为主要 的在线检测工具而取代专用检具,在测量效率上有了更高的要求,从而寻求新的测量技术。例如德国大众集团公司对汽车钣金件的检测,从冲压件、焊接件、到车 身,形面轮廓已全部采用三坐标测量机,对截面扫描线控制。

自由曲面的轮廓测量,进一步发展是云图测量。使用面扫描测头,快速采集高密度的面形数据和理论数模比较,给出误差的面分布图。毫无疑问,面分布图具有更大 的信息量,能够全面地评价零件的轮廓度误差,也对零件的修复提供了最直观的指示,例如模具制造与维修。但这一技术目前还未到大量应用阶段,原因有几个方 面:一是用于数据采集的测头主要为激光面扫描型式,价格高昂,而精度比标准接触式测头有数量级上的差别;别一方面,这种新技术也需要质量控制部门的一个认 可过程。

薄壁件的测量是自由曲面测量的另一大类型,它以汽车和摩托车覆盖件、家电外壳为主要代表。薄壁件除了面形轮廓外,具有许多种特殊的测量元素,例如,槽、 缝、孔、边缘点、曲面交点,局部最高点/最低点、定位销,螺柱等。具有薄壁件测量功能的软件包对这些元素都有现成的测量功能,不需要额外编程处理。

薄壁件测量中的另一重要方面是坐标找正。因为这类零件不象箱体类,有基准平面,基准线等定位元素,不能使用简单的3-2-1建坐标方法。而行之有效的方法 是具有优化功能的最佳匹配算法。根据边界条件和误差控制方式的不同,针对各种典型情况,最佳匹配的坐标找正又有多个变种,例如,有CAD数模和无CAD数 模条件下的坐标找正,6点找正是最少变量情况下的一个特例。但大多数最佳匹配意义下的坐标找正都是针对已测元素的一种事后数据处理,对测量点本身的准确性 没有控制,所以找正的精度也无法保证。在基准元素中含有曲面点的情况下,这个问题尤为突出,甚至无法完成,因为在建坐标之前,无法准确测得曲面上的指定 点。例如,叶片的形面找正,冲压类零件的找正。

特别值得一提的是一种称为“ 迭代法(iteration)”的坐标找正方法,它能够适应各种应用情况,且具有很高的精度。它是通过联机重复测量不断逼近基准元素,进行多次最佳匹配,直至达到规定的精度要求。这种找正精度是可控的,对各基准元素还可以设置权重。

在汽车车身测量中,通行的办法是先对规定的参考点(RPS)找正,在RPS点的测量值达到要求之后,才能正式开始全面测量。如果RPS点的测量值达不到要求,则该零件即不合格,无须继续测量。

3、特定形面类

这是指齿轮、叶片、蜗轮/蜗杆、螺纹等一类零件,其形状通过一组标准参数来控制。对这类零件的检查有两部分内容,一是控制参数,二是轮廓型线或型面。轮廓 型线型面的测量实际上就是曲线曲面测量,较为简单,通用测量软件包也可以实现。但特定的控制参数的评价则需要完全专业的算法,要符合行业的标准和规范。通 用测量软件包均不包含这些内容,仅能作几何尺寸测量和形线形面轮廓测量。

在这一领域,QUINDOS一直是公认的完成特定形面测量的专业软件包。它对各类零件都有完全现成的功能模块来实现参数输入,自动测量、计算评价及报告输出。并且QUINDOS的评价算法都是在行业专业人士的参与下完成的,权威性得到普遍认可。

容易被用户忽略的一个问题是对测量机本身的要求。三坐标测量机首先要有足够的精度,才能测量一定精度等级的零件。探测误差直接影响轮廓形面的精度,往往起着决定性的作用。另外,连续扫描测头和自定中心功能也可将测量的精度和效率大大提高。

4、反求测量

逆向工程是近年来飞速发展的一项技术,三坐标测量机作为这一系统中的一个重要环节,得到了大量应用。但相当一部分人错误地将测量软件与反求设计软件混为一 谈,认为测量机测出的结果就应当是三维CAD数模,甚至就是加工程序。这是一个极大的误会。测量机在逆向工程中的角色就是三维数据的采集,也就是反求测 量。测量软件的表现水平就在于采点的自动化程度、效率以及与CAD软件的接口能力上。

逆向工程基本上可以分为两种,第一种就是简单复制,也叫作CAM反求,传统上叫仿型,要求百分之百地拷贝零件。这种反求方法较简单,用测量机实现的方式是 使用连续扫描测头,逐行连续采集数据,并直接转换为加工刀具路径。在有的测量机上还可以装上铣削头,直接完成加工。

因为零件本身的表面缺陷和测量点的误差都会完全复制到新的产品上,这种反求适用于精度要求不高和简单的低端产品,例如玩具业。技术含量较高的是CAD反 求,它要将测量点造型生成CAD数模,通过重新修饰和修改过的数模生成全新的产品。这里的关键技术是将测量数据转化为数模,这是典型的CAD设计造型工 作,而不是测量软件的范畴。

如何由测量数据实现数模重建,仍然有两种不同的作法, 第一种是由关键点重建,按CAD的传统造型模式,按点-线-面的方法完成;第二种是由点云(point cloud)直接生成曲面数模。

总之,由测量点重建CAD数模的功能还是要靠CAD软件包来实现, 人们梦想的由三坐标测量机直接产生出CAD数模的功能还远没有实现。现在有越来越多的针对测量数据进行造型的专用软件包出现,例如,Delcam、 Geomagic Studio、Rhino等,成为一个十分活跃的领域。从发展上看,这种专用软件包作为三坐标测量机的后处理工具是非常合理的。因为造型过程是需要时间 的,往往比测量采点的时间长得多,不可能包含在联机测量软件包中占用三坐标测量机的使用时间。

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