基于模型定義的鈑金零件檢驗計劃生成

武曉娟，唐興齡，司朝潤

（1.陜西應用物理化學研究所，陜西 西安 710061；2.中國核電工程有限公司，北京 100840；3.北京理工大學 機電學院，北京 100081）

基于模型定義的鈑金零件檢驗計劃生成

武曉娟1，唐興齡2，司朝潤3

（1.陜西應用物理化學研究所，陜西 西安 710061；2.中國核電工程有限公司，北京 100840；3.北京理工大學 機電學院，北京 100081）

為了實現三維環境下鈑金零件檢驗計劃生成，以基于零件模型定義的數據集為獲取對象，分析鈑金零件數據集中的檢驗信息構成，建立基于零件模型的定義數據集。在通用三維CAD軟件CATIA環境下，通過定制相應的檢驗信息獲取工具生成XML文件，利用CAPP系統最終生成檢驗計劃。

測量技術；測量信息；MBD數據集；檢驗信息獲取；鈑金零件；飛機

隨著飛機數字化設計與制造技術的發展，大型整體結構件用量不斷增加，民用飛機經濟性與安全性要求日益提高，對產品的制造精度提出了更高要求，使產品的檢驗難度日趨加大，從而對測量技術提出了新的需求。傳統的測量技術已難以滿足飛機零部件快速、高效、高精度檢驗要求[1]。

零件測量信息的獲取經歷由二維工程圖到三維零件模型信息的提取發展過程。馬新輝等[2]基于遵循初始圖形交換規范（Initial Graphics Exchange Specification，IGES）形成的二維圖形中性CAD文件，通過對構成幾何特征的相關幾何圖元信息的提取重構零件三維模型，并通過與各類公差信息的匹配構建零件測量模型。趙金才等[3]在三維CAD軟件Pro/E環境下，針對零件模型的相關幾何構造歷史及其特征構成，基于特征識別技術，采用二次開發實現零件幾何信息的獲取，并通過與公差信息的匹配建立具有檢測意義的零件模型。零件測量信息的獲取主要針對拉伸、旋轉等簡單幾何特征的提取及其公差信息的匹配，對于掃描特征、混合特征等相對復雜的幾何特征及其公差信息的獲取有待進一步探討。

基于二維工程圖或“三維模型＋二維工程圖”傳統產品定義模式，使零件信息的獲取存在零件測量信息定義方式的不同、零件數據傳遞的丟失及信息獲取過程復雜等問題。而基于模型定義（Model Based of Definition，MBD）技術的零件，其定義和表示使零件檢驗信息具有完備的基礎數據源，便于直觀、便捷地實現信息獲取。針對三維環境下建立的零件MBD數據集，可以通過直接手工處理或通過二次開發構建應用系統，獲取與檢驗有關的零件模型幾何尺寸、位置和公差等檢驗所需信息。

1 零件MBD模型及其檢驗信息構成

MBD技術是隨著以CAD為代表的計算機輔助技術的發展而提出的，它是采用一個集成了各種設計和制造信息的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法體[4]。MBD詳細規定了三維實體模型中產品尺寸、公差的標注規則和工藝信息的表達方法，并建立了尺寸、各類公差信息與幾何特征及其幾何構成元素的關聯關系。眾多組織和國家制定了一系列支持MBD技術的產品數字化定義標準或規范[5]，我國參照相關國際標準于2009年發布了相應標準[6]；同時流行的三維CAD軟件如CATIA、UG等亦提供對MBD技術的支撐和創建環境。

1.1 零件模型的MBD數據集表示

馮國成等將采用MBD技術并集成零件的幾何形狀信息、尺寸與公差以及工藝信息的三維實體模型，稱為零件模型的MBD數據集[7]。零件模型的MBD數據集表示提供了后續零件加工、裝配、測量、檢驗等后續制造工作的數據源和數據基礎，并可開展基于模型定義的加工、檢測等工藝規劃的制定、驗證、執行等各種技術應用[8-9]。在CATIA軟件環境下，采用MBD技術構建的、集成了零件模型定義的MBD數據集表示如圖1所示。

圖1 CATIA環境下零件模型MBD數據集表示

1.2 零件模型檢驗信息構成

零件檢測通常依據產品的設計要求和檢測目的，由零件工程圖紙（二維或三維模型）上標注的檢驗尺寸參數和檢驗精度要求確定檢測項目[10]。因此，針對鈑金零件模型的數據集表示及其構成內容，其檢驗信息主要包括三維標注信息和與三維標注信息關聯的零件幾何信息兩方面內容，一些特殊的檢驗要求可能以技術要求或其他注釋方式給出。在鈑金零件模型的MBD數據集表示中，三維標注信息包括尺寸公差、形狀公差、位置公差、基準和表面加工與處理要求等，通過這些可見文本或符號反映零件的屬性信息，鈑金零件MBD數據集的構成內容如圖2所示。

圖2 鈑金零件MBD數據集構成內容

鈑金各類零件檢驗的內容并不相同，需根據零件具體要求決定。如框肋類鈑金零件檢驗，針對框肋零件的結構要素給出檢驗精度要求，對平面（弧面）的檢驗需檢驗其貼合度以及輪廓尺寸公差，輪廓尺寸包括邊緣斜角和圓角等；對彎邊需要檢驗其彎邊高度和彎邊角度；對下陷檢驗時主要檢驗其是否在公差要求范圍內；對裝配孔和工藝孔，檢驗時主要檢驗孔的間距、直徑和公差；對加強筋、槽、窩等檢驗時主要檢驗其位置是否滿足精度要求。

2 鈑金零件檢驗計劃內容及生成

2.1 檢驗計劃內容制定

隨著數字化技術的應用，鈑金零件從設計、工藝開始，逐漸將模擬量轉換為數字量。飛機鈑金零件的數字化檢測方法利用光學成像系統和激光掃描儀等光學數字化測量系統，通過識別零件的表面特征數據實現檢測零件三維模型數字化重構，并與理論的三維設計模型進行基準對齊、分析、對比來檢驗零件的形位誤差。

飛機鈑金零件的傳統檢驗方法是通過模線樣板等模擬量的形式將設計尺寸信息傳遞到工藝裝備及產品零件上。由模線樣板加工出檢驗模，將成形后的鈑金零件貼模檢查，判斷零件是否合格，或由鈑金零件的制造工裝作為檢驗工裝來判斷其合格性。在實際檢驗過程中，傳統檢驗與數字化檢驗結合使用，為提高檢驗效率，需要將模型定義的鈑金零件信息轉化為檢驗規劃表中需要的信息，根據檢驗要求需確定各檢驗位置的序號、尺寸、特性，檢驗要求、公差、檢驗方法及工具、工具精度、對應工序號等信息。

2.2 檢驗計劃生成方法

傳統檢驗與數字化檢驗的結合，關鍵在于如何將基于模型定義的鈑金零件信息轉化為檢驗計劃中需要的內容，通過將基于模型定義的鈑金零件信息以數據文件形式導入計算機輔助工藝規劃系統中，快速生成檢驗計劃。

根據檢驗信息以意思相近英文單詞進行關聯從而建立對應數據表，如表1所示。

基于CATIA二次開發，根據零件尺寸公差信息與關聯幾何信息之間的關聯關系，與公差、特性、要求等相關聯數據，建立基于XML文件的檢驗計劃。創建相關程序如下：

表1 檢驗信息對應數據表

3 檢驗計劃創建實例

基于模型定義的鈑金零件三維模型，已知存在檢驗的尺寸公差等信息的標注，對需要檢驗的信息按特性進行序號排列，使全部的檢驗信息以XML文件形式進行輸出，如圖3所示。

圖3 基于XML文件的檢驗信息

XML文件導入到計算機輔助工藝規劃（CAPP）系統中，獲取檢驗位置的序號、尺寸、特性、檢驗要求、公差等信息，并根據CAPP系統中已有的檢驗方法等信息，最終實現鈑金零件檢驗計劃創建。

4 結語

本文根據鈑金零件模型的MBD數據集，給出全三維環境下零件定義的完整工程表示。針對零件模型的MBD數據集表示，探討以鈑金零件模型為基礎，根據鈑金零件檢驗內容及檢驗條件，建立以XML作為輸出檢驗信息文件格式，將基于模型定義的鈑金零件信息轉化為XML文件，并導入到計算機輔助工藝規劃（CAPP）系統中，成功生成鈑金零件檢驗計劃。

[1] 盧 鵠，范玉青.飛機結構產品的數字化定義[J].北京航空航天大學學報，2006，32（5）：526-530.

[2]馬新輝．智能三坐標測量機的研究［D］．天津：天津大學，2002.

[3]趙金才，劉書桂．Pro/E零件模型檢測信息的提取方法［J］．制造技術與機床，2005，（4）：62-65.

[4]周秋忠，范玉青．MBD技術在飛機制造中的應用［J］．航空維修與工程，2008，（3）：55-57．

[5] VIRGILIO Q，LOUIS R.Will model-based definition replace engineering drawings throughout the product life cycle.a globe perspective from aerospace industry [J].Computersin Industry，2010，61（5）：497-508.

[6]全國技術產品文件標準化委員會（SAC/TC146）.GBT24734技術產品文件數字化產品定義數據通則［S］．北京：中國標準出版社，2009．

[7] 馮國成，梁 艷，于 勇等．基于模型定義的數據組織與系統實現[J]．航空制造技術，2011，（9）：62-72．

[8]陽 陽，莫 蓉，萬 能，等．MBD模式下基于制造資源信息的機加工藝應用研究[J]．制造業自動化，2012，34（7）：21-25．

[9] 羅 煒，童秉樞．基于模型定義的飛機數字化工藝規劃、驗證及執行技術[J]．航空制造技術，2010（78）：72-76．

[10] 張國雄．三坐標測量機[M]．天津：天津大學出版社，1999：206-231.

Generation of inspection plan for sheet metal parts based on model definition

WU Xiaojuan1,TANG Xingling2,SI Chaorun3
（1.Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute,Xi'an 710061,Shaanxi China; 2.China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd,Beijing 100840,China; 3.School of Mechatronical Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China）

In order to generate the inspection plan for sheet metal in 3D environment,taking the Model Based Definition(MBD)dataset as the obtaining object,the construction of the inspection information for the dataset of sheet metal parts has been analyzed.The Model Based Definition(MBD)dataset has been established.Based on 3D Computer Aided Design (CAD)software CATIA condition,the XML file has been developed by constructing the corresponding inspection information access tool.The inspection plan has been finally generated by use of CAPP system.

Model based definition;Aircraft sheet metal part;Inspection information access

TH166

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.01.021

1672-0121（2017）01-0084-04

2016-10-09；

2016-12-11

司朝潤（1985-），男，博士后，從事機械設計、材料成形研究。E-mail：scr527@163.com