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仪器仪表/检测/监控
现代制造丁程2010年第11期
采用CMM测量系统的智能测量技术
喻彩丽
(浙江科技学院机械与汽车工程学院,杭州310023
摘要:复杂空间自由曲面测量是实现快速成型(RP)技术的关键,介绍智能测量技术在空间自由曲面测量中的应用。主
要通过三坐标测量机(CM)获取三维测量数据,经过曲面拟合形成CAD模型,从而得到三坐标加工数据。
关键词:CMM测量系统:自由曲面;智能测量技术
中图分类号:TH6文献标识码:A文章编号:1671-3133(2010)11-0085-04
Cmm-based measurement system of intelligent measuring
YU Cai-li
(School of Mechanical and Automotive Engineering, Zhejiang University of
Science and Technology, Hangzhou 310023, China)
Abstract: Complex freeform surfaces measument s e key of Rapid Pooping(RP)technolog Discussed that intelligent
measurement technology in the free-fom surface measuremen, three-dimensional measurement data of CMM measurement sy
tem, the formation of AD model surface and CAM data processing
Key words; MM measuement system; free-form surface; intelligent measurement technology
0引言
1.1智能测量技术分析
智能测量技术是智能控制技术在测量方面的应
三坐标测量机(CMM)的基本原理是将被测零件用,旨在解决测量中涉及到的智能控制问题。对三维
放入它允许的测量空间,通过测头导轨的直线运动精中大型工件的测量,主要解决在不降低测量精度的前
确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的提下,提高测量效率。方法是加大测量步长,减少测
数值,把实体的模型转化为数字化的三维坐标,实现量点数。其优化参数可选为工件的曲率半径,优化方
三维数字化,因此在曲面造型设计中得到广泛应用。法是根据工件曲率半径的变化,实时自动调整测量步
但在自由曲面测量过程中,由于表面曲率变化,用长,做到“缓疏急密、大疏小密”。具体是通过样本的
CMM测得接触点的空间坐标值在法矢方向上存在误学习和当前测量点曲率半径的计算,推算出待测若于
差,须对曲面进行合理的离散处理和曲面数字化。本点的曲率值。对待测工件表面形状的分析,基本上可
文提出一种用三坐标测量机对自由曲面进行检测以以获得整个曲面形状、曲率变化等信息。其测量系统
及对测量数据进行智能化处理的方法。
程序框图见图
1智能测量方法
1.2密测点的分布与测量实现
在点接触式三坐标测量机进行自由曲面的测量
用CMM测量系统进行空间自由曲面测量,是通过程中,智能测量沿一个方向进行,称该方向与曲面
过测头上探针接触零件表面,采集被测轮廓的数据,的交线为测量线。在实测过程中所进行的测量都是
得到一系列物体轮廓上离散点的坐标值。通过数据针对该线进行的,因此,在测量线上(测量线的外法线
的智能化处理,实现对自由曲面的合理离散和曲面的方向上)对应有一个实测点S。实测点得到以后,为得
数字化。
到该点附近小平面的法线,需要在该点周围密测,密
4浙江省科技斤基金资助重点项目(2007021147)
万方数据
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初始化:输入待测工件的测量范围
L=(x1ー気0)(y2ーyo)ー(%1ー)(2ーx)
测量精度、形状特点等参数
选择若千条扫描测量曲线,自动测量」
M
M+N+L
样本学习
率计算;相邻两点曲变化值计算
M2+N2+L2
据柑邻两点曲率变化情况改变测量步长
部分点实测,对样本进行修正?
M
t
图1智能测量系统程序框图
密测点M
测点形成小平面。采用三角平面法,把实测点作为三
角形的一个顶点,另外测量两个点M1和M2,形成三
测量方向X
角形平面SM1M2。简单起见,沿测量方向移动一个小
实测点S
距离得到一点S",在该点左右一定小距离处实测两点
M1、MF2,作为密测点,密测的两点M1、M'2地需要有
密测点M1
定的姿态,由于离实测点S距离较小,密测点利用
(x,,z)
实测点的姿态进行测量。这样,测量点投影所形成的
图3实测点和对应的密测点的位置
三角形平面S'M1M2和预测线平行。测量点分布图
如图2所示。
这样,每次测量点(x0,y%0,a)构成一个测量点集,
为后续采用CAX方法进行曲面拟合时所用。根据计
开始量点(密测点2)·开始量点密测点
预测线
算的结果,实测点位置和它的姿态相结合,还组成了
开始测量点(实测点
另外一个点集(x6,y%0,,A,A,A)。当后续加工点生
成曲面,并用神经网络方法进行数据处理时,这个点
崎测点
密测点
集将作为网络的训练集和测试集。
2数据智能化处理
2.1数据拟合的理论基础- NURBS方法
面向CAD/CAM建模技术的测量过程通常采用样
图2测量点分布图(坐标系右手法则)
条曲线曲面拟合方法。由于 NURBS方法统一了初等
曲线、曲面及自由曲面的精确表示,同时 NURBS方法
1.3密测三角形的参数计算
中控制点和权因子的引人为曲线、曲面的表示提供了
在得到测量点和密测点之后,就可以对SM1Mr
2更大的灵活性,所以通常采用 NURBS方法进行自由
三角形小平面的法矢进行计算。测量后进行实测点曲线、曲面的拟合。
和密测点的记录,形成数据库,并利用实测点和密测
NURBS曲线的定义:一条k次 NURBS曲线可以
点数据库对实测点处的法矢进行离散计算。
表示为一分段有理多项式矢函数P(x)
实测点和对应的密测点的位置如图3所示,它组
成一个空间平面,且近似和实测曲面相切。根据五维
∑u,d,NM(u
机器人运动学中的分析,实测点和密测点组成的三角
P()
形平面的方向数(M,N,)和法矢(A,A,A:)为
∑u,N:(u)
M=(y1-y)(2-)-(z1-2a)(y2-y)
式中:(=0,1,…,m)为第个控制点的权因子,权
和心●导4
(1)因子的加入可以增强对曲面的局部控制能力;d为控
N=(x1-石)(x2ーx)ー(x1ーx0)(z2-2)
制点矢量;N:()是由节点矢量U=[,4,…,
(2)
+:]按德布尔-考克斯递推公式决定的k次B样条
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