傳統(tǒng)測量方法

　　在沒有采用CAD數(shù)模的情況下用三坐標測量機對曲面件檢測，通常是，先在CAD軟件里用相關命令在曲面數(shù)模上生成截面線和點的坐標，以此作為理論值，控制測量機到對應的位置，進行檢測，并比較坐標值的偏離。這種方法需要設計人員額外提供理論數(shù)據(jù)，同時測頭測尖球徑的補償不容易準確實現(xiàn)，對于單點測量來說，由于無法確定矢量方向，測頭的補償根本無法實現(xiàn)。因此，這種辦法具有一定的局限性。

　　基于3D數(shù)模的測量

　　利用曲面數(shù)模對曲面進行檢測是CMM測量技術發(fā)展的需要。由于曲面建構(gòu)技術比較復雜，在CAD應用范疇里也屬于高端技術，一般由專業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)完成。在測量軟件內(nèi)，則是通過導入設計數(shù)模而利用的問題。為了實現(xiàn)這一目的，就必須解決好四個方面的技術問題：數(shù)模導入接口、對齊、測尖補償、理論值捕獲。

1.數(shù)模導入接口

　　利用數(shù)模進行檢測，首先要做的工作，當然是保證數(shù)模正確導入到測量軟件。事實上，由于技術、利益等眾所周知的原因，全世界各大CAD制造商各自開發(fā)著不同的軟件和格式，例如國內(nèi)影響比較大的UG、PROE、CATIA等，均不能直接互讀文件為了解決這一矛盾，國際上建立了一系列的數(shù)據(jù)交換標準，如國際標準數(shù)據(jù)交換STEP(Standard for the 
Exchange of Product ModelData)，美國的初始圖形交換標準IGES (Initial Graphics Exchange Specification)等。盡管IGES標準存在數(shù)據(jù)文件大、轉(zhuǎn)換時間長、信息不夠全等缺點，但不可否認，它是目前應用最廣泛的接口標準，絕大部分CAD軟件均支持該標準，我國也將IGES作為推薦標準。

　　目前具備數(shù)模檢測功能的測量機軟件，均支持IGES格式。差異基本上主要體現(xiàn)在復雜數(shù)模輸入后個別曲面的丟失、破損，還有就是導入速度的快慢。對于一個10M的數(shù)模，有的可能用幾十秒鐘，有的可能要幾分鐘。目前市面上比較有名的CMM測量軟件，均基本較好的解決了這一問題。圖1為中測量儀自主研發(fā)的ZCRMDT測量軟件，導入數(shù)模到檢測軟件的情況，數(shù)模大小46M多。

　　針對目前主流CAD軟件，一些測量機軟件商也開發(fā)了各種直讀接口，如UG文件直讀、PROE文件直讀等，不需中間文件格式轉(zhuǎn)換，避免了轉(zhuǎn)換帶來的影響。不過，這種接口一般都需要另外購買。

2.對齊

　　對齊（Align）是三坐標測量機軟件的一項重要內(nèi)容，無論有無數(shù)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(chǎn)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(zhuǎn)等操作，以產(chǎn)生新的對齊。

　　對于不規(guī)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(jīng)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(fā)采數(shù)的測量機，通常是軟件在數(shù)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(xiàn)旋轉(zhuǎn)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(shù)模上目標點的附近區(qū)域進行迭代找正，直到找正誤差在指定的精度內(nèi)。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(shù)模進行最佳匹配計算，將點群與數(shù)模一步步對齊，直到點群與數(shù)模的偏差均方根最小。該方法點數(shù)越多越準，但同時計算越復雜，對計算機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。

3.測尖補償

　　目前，三坐標測量機用得最多的是機械觸發(fā)式測頭，配以紅寶石測針，必然會帶來測尖補償?shù)膯栴}。

　　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(xù)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(jīng)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?shù)姆较蚴噶?，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(shù)模本身偏差較小的情況下，如果要求不高，為了減少采點數(shù)，也可以不測量微平面，軟件直接以測點刺穿數(shù)模的方向矢量進行測尖補償，即以數(shù)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?shù)姆较颉５侨绻ぜc數(shù)模本身該處曲率偏差大，則測尖補償將不準，導致測量數(shù)據(jù)不可靠。對于非接觸式測頭，不存在測尖補償問題。

4.理論值捕獲

　　在解決了數(shù)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(shù)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(jù)數(shù)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(shù)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,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(chǎn)生的點，視為邊緣測量點，其理論值為數(shù)模中曲面邊緣距其最近點。

　　通過以上方式，即可實現(xiàn)邊緣點的檢測。具體到不同軟件，可能有不同的處理方法。