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  • 测量软件的应用分类

    测量软件的功能按被测零件的分类主要包括以下方面:

    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。
    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的形状位置误差项,是否具有多重国际、国家标准,例如ISO、DIN、JIS、GB 等, 以及各种评价准则,例如最小二乘、最大实体、最小实体等。
    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,使得操作方式和工作效率有了革命性的改变。同时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。
    CAD 数模的使用,使曲线/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, 通过扫描线实现一个截面轮廓的测量和分析。
    自由曲面的轮廓测量,进一步发展是云图测量。使用扫描测头,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。
    薄壁件(sheet metal)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。
    因为这类零件不像箱体类,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(Best Fit)。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。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。Leitz 的高精度测量机PMM-C 和LSP测头及QUINDOS 软件包的组合一直是这一领域的最佳解决方案。

    4. 反求测量
    逆向工程是近年来飞速发展的一项技术,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测量机的使用时间。