基于三維CAD的智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、高質(zhì)量產(chǎn)品的制造不僅依賴(lài)于高精密的加工設(shè)備，也需要高精密的檢測(cè)設(shè)備。為了提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和保證產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品零件實(shí)施檢測(cè)必不可少，而在正確實(shí)施檢測(cè)之前針對(duì)零件制定合理的檢測(cè)規(guī)劃便尤為重要。傳統(tǒng)的手工方式編寫(xiě)零件檢測(cè)規(guī)程既費(fèi)時(shí)又不規(guī)范，其準(zhǔn)確性、一致性很難保證。隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)及先進(jìn)制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制的要求越來(lái)越高，快速的高精度、自動(dòng)化、智能化檢測(cè)已是大勢(shì)所趨，傳統(tǒng)的零件尺寸檢測(cè)方法更是已經(jīng)難以滿(mǎn)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(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)為主導(dǎo)設(shè)備的基于CAD的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)規(guī)劃系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其基本任務(wù)便是解決如何利用CAD產(chǎn)品模型提供的零件信息和與測(cè)量有關(guān)的知識(shí)自動(dòng)生成供CMM使用的檢測(cè)規(guī)程和檢測(cè)指令的問(wèn)題。
　　 論文對(duì)基于Open CASCADE的智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，提出了由界面層、功能層、服務(wù)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(duì)應(yīng)支持關(guān)系；設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)界面和工作流程，并提出了服務(wù)層中的規(guī)劃服務(wù)進(jìn)行檢測(cè)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(diǎn)、直線(xiàn)、圓、橢圓、平面、圓柱、圓錐和球這8種基本測(cè)量特征應(yīng)提取的幾何信息的內(nèi)容，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；根據(jù)幾何型體的類(lèi)型提出了直接獲取幾何信息和對(duì)幾何型體進(jìn)行參數(shù)離散化后再進(jìn)行最小二乘擬合的兩種信息提取方式，擴(kuò)展了系統(tǒng)進(jìn)行幾何信息提取的型體類(lèi)型范圍；提出

4、了物體表面上點(diǎn)的可視半空間概念，以此為基礎(chǔ)解決了表面法向朝里或朝外的自動(dòng)判斷以及圓、橢圓、圓柱、圓錐、球的內(nèi)外屬性的自動(dòng)判斷問(wèn)題。
　　 論文對(duì)采樣點(diǎn)的分布?xì)w納出了4點(diǎn)要求，并針對(duì)一般表面上的常用采樣點(diǎn)分布方法中存在的不足和局限性，提出了一種步長(zhǎng)自適應(yīng)再分的采樣方法，解決了一般表面上的采樣規(guī)劃問(wèn)題；對(duì)于該采樣方法的具體實(shí)現(xiàn)，分成基于邊和基于面的測(cè)量采樣兩種方式分別進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)了具體的算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)于各種復(fù)雜情況的

5、一般表面都有比較好的適應(yīng)性，能生成分散在整個(gè)表面且均勻分布的采樣點(diǎn)，同時(shí)避開(kāi)表面上的不連續(xù)區(qū)域。
　　 論文針對(duì)檢測(cè)路徑規(guī)劃中的檢測(cè)順序規(guī)劃、碰撞檢查和碰撞規(guī)避進(jìn)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(cè)順序規(guī)劃問(wèn)題，該方法先對(duì)測(cè)量點(diǎn)按其參數(shù)加權(quán)和大小進(jìn)行行列規(guī)劃得到初始檢測(cè)順序，在此基礎(chǔ)上再采用遺傳算法進(jìn)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(cè)頭掃描體表面與零件的各個(gè)遍歷表面基于B-rep幾何

6、求交來(lái)判斷碰撞，同時(shí)結(jié)合軸向包圍盒過(guò)濾的方法來(lái)降低測(cè)試復(fù)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(wèn)題，該方法首先對(duì)可能存在的外圓特征進(jìn)行避障規(guī)劃，再對(duì)其它碰撞采用設(shè)計(jì)的一些啟發(fā)式規(guī)則和一個(gè)擴(kuò)展包圍盒進(jìn)行避障點(diǎn)設(shè)定。測(cè)試結(jié)果表明，本文提出的方法能在較短時(shí)間內(nèi)生成有效的較優(yōu)路徑，同時(shí)能很好地避免碰撞。
　　 論文設(shè)計(jì)了基于尺寸測(cè)量接口標(biāo)準(zhǔn)(DMIS)的自動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程，提出了一種基于變量設(shè)定與填充的自動(dòng)編程方法，該方

7、法基于系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的相應(yīng)功能及DMIS格式，設(shè)定相應(yīng)的DMIS語(yǔ)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(dòng)填充變量來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程；詳細(xì)討論了系統(tǒng)用于生成DMIS語(yǔ)句所設(shè)定的語(yǔ)句字符串格式及其關(guān)鍵詞和變量，為類(lèi)似的CAIP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了較為詳細(xì)的DMIS編程依據(jù)，具有一定的參考和指導(dǎo)價(jià)值。
　　 論文最后針對(duì)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(cè)規(guī)劃進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，很好地驗(yàn)證了系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)規(guī)劃的可靠性和相關(guān)規(guī)

8、劃算法的可行性，也驗(yàn)證了DMIS自動(dòng)編程方法的正確性和可靠性。
　　 本文研究與開(kāi)發(fā)的基于三維CAD的智能三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)規(guī)劃系統(tǒng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)與CAD系統(tǒng)的集成，能直接通過(guò)相應(yīng)的CAD接口從CAD的設(shè)計(jì)結(jié)果獲取工件模型上的相關(guān)檢測(cè)信息，根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)任務(wù)自動(dòng)生成檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)路徑，并對(duì)路徑進(jìn)行碰撞檢查和規(guī)避，進(jìn)而在進(jìn)行仿真確定無(wú)碰撞后形成DMIS測(cè)量程序傳送至CMM，最終由CMM來(lái)完成檢測(cè)任務(wù)并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)高度的自