基于三維CAD的智能三坐標測量機檢測規(guī)劃系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、高質(zhì)量產(chǎn)品的制造不僅依賴于高精密的加工設備，也需要高精密的檢測設備。為了提高企業(yè)競爭力和保證產(chǎn)品質(zhì)量，對產(chǎn)品零件實施檢測必不可少，而在正確實施檢測之前針對零件制定合理的檢測規(guī)劃便尤為重要。傳統(tǒng)的手工方式編寫零件檢測規(guī)程既費時又不規(guī)范，其準確性、一致性很難保證。隨著我國機械制造業(yè)及先進制造技術(shù)、計算機技術(shù)的高速發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量控制的要求越來越高，快速的高精度、自動化、智能化檢測已是大勢所趨，傳統(tǒng)的零件尺寸檢測方法更是已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代制造業(yè)

2、速度和精度上的要求。正是在這種背景下，以三坐標測量機(CMM)為主導設備的基于CAD的計算機輔助檢測規(guī)劃系統(tǒng)應運而生，其基本任務便是解決如何利用CAD產(chǎn)品模型提供的零件信息和與測量有關(guān)的知識自動生成供CMM使用的檢測規(guī)程和檢測指令的問題。
　　 論文對基于Open CASCADE的智能三坐標測量機檢測規(guī)劃系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進行了詳細設計，提出了由界面層、功能層、服務層和數(shù)據(jù)層四層組成的體系結(jié)構(gòu)，建立了CAD系統(tǒng)OpenCASCADE

3、與CAIP系統(tǒng)之間的對應支持關(guān)系；設計了系統(tǒng)的實現(xiàn)界面和工作流程，并提出了服務層中的規(guī)劃服務進行檢測規(guī)劃的算法原理框架。
　　 論文基于DMIS的名義特征定義格式，分析確定了點、直線、圓、橢圓、平面、圓柱、圓錐和球這8種基本測量特征應提取的幾何信息的內(nèi)容，并設計了相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；根據(jù)幾何型體的類型提出了直接獲取幾何信息和對幾何型體進行參數(shù)離散化后再進行最小二乘擬合的兩種信息提取方式，擴展了系統(tǒng)進行幾何信息提取的型體類型范圍；提出

4、了物體表面上點的可視半空間概念，以此為基礎解決了表面法向朝里或朝外的自動判斷以及圓、橢圓、圓柱、圓錐、球的內(nèi)外屬性的自動判斷問題。
　　 論文對采樣點的分布歸納出了4點要求，并針對一般表面上的常用采樣點分布方法中存在的不足和局限性，提出了一種步長自適應再分的采樣方法，解決了一般表面上的采樣規(guī)劃問題；對于該采樣方法的具體實現(xiàn)，分成基于邊和基于面的測量采樣兩種方式分別進行研究并設計了具體的算法。實驗結(jié)果表明，該方法對于各種復雜情況的

5、一般表面都有比較好的適應性，能生成分散在整個表面且均勻分布的采樣點，同時避開表面上的不連續(xù)區(qū)域。
　　 論文針對檢測路徑規(guī)劃中的檢測順序規(guī)劃、碰撞檢查和碰撞規(guī)避進行了研究。提出了基于行列規(guī)劃的遺傳算法優(yōu)化方法以解決檢測順序規(guī)劃問題，該方法先對測量點按其參數(shù)加權(quán)和大小進行行列規(guī)劃得到初始檢測順序，在此基礎上再采用遺傳算法進行順序的優(yōu)化；提出了檢查碰撞的遍歷表面求交方法，該方法采用測頭掃描體表面與零件的各個遍歷表面基于B-rep幾何

6、求交來判斷碰撞，同時結(jié)合軸向包圍盒過濾的方法來降低測試復雜度；提出了外圓避障與一般避障相結(jié)合的方法以解決碰撞規(guī)避問題，該方法首先對可能存在的外圓特征進行避障規(guī)劃，再對其它碰撞采用設計的一些啟發(fā)式規(guī)則和一個擴展包圍盒進行避障點設定。測試結(jié)果表明，本文提出的方法能在較短時間內(nèi)生成有效的較優(yōu)路徑，同時能很好地避免碰撞。
　　 論文設計了基于尺寸測量接口標準(DMIS)的自動編程實現(xiàn)過程，提出了一種基于變量設定與填充的自動編程方法，該方

7、法基于系統(tǒng)各個功能模塊的相應功能及DMIS格式，設定相應的DMIS語句字符串格式及其關(guān)鍵詞和變量，并根據(jù)獲取的規(guī)劃信息自動填充變量來實現(xiàn)自動編程；詳細討論了系統(tǒng)用于生成DMIS語句所設定的語句字符串格式及其關(guān)鍵詞和變量，為類似的CAIP系統(tǒng)開發(fā)提供了較為詳細的DMIS編程依據(jù)，具有一定的參考和指導價值。
　　 論文最后針對系統(tǒng)的相關(guān)操作步驟和某具有規(guī)則特征零件的檢測規(guī)劃進行了實驗運行，很好地驗證了系統(tǒng)進行檢測規(guī)劃的可靠性和相關(guān)規(guī)

8、劃算法的可行性，也驗證了DMIS自動編程方法的正確性和可靠性。
　　 本文研究與開發(fā)的基于三維CAD的智能三坐標測量機檢測規(guī)劃系統(tǒng)通過實現(xiàn)與CAD系統(tǒng)的集成，能直接通過相應的CAD接口從CAD的設計結(jié)果獲取工件模型上的相關(guān)檢測信息，根據(jù)相應的檢測任務自動生成檢測點和檢測路徑，并對路徑進行碰撞檢查和規(guī)避，進而在進行仿真確定無碰撞后形成DMIS測量程序傳送至CMM，最終由CMM來完成檢測任務并對檢測結(jié)果進行分析，整個過程實現(xiàn)高度的自