智能三坐標(biāo)測量機(jī)檢測規(guī)劃問題的研究

陳偉慶

深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院 廣東 深圳 518000

隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，對于產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來越高，而高質(zhì)量產(chǎn)品的制造不僅需要精密的加工設(shè)備，還需要結(jié)合高精密的檢測設(shè)備，才能保障產(chǎn)品的質(zhì)量。保證產(chǎn)品的質(zhì)量不僅僅是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的要求，也是提升機(jī)械制造企業(yè)市場競爭力的重要途徑，因此對于產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測是非常必要的，這就需要企業(yè)制定合理的產(chǎn)品檢測規(guī)劃。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量的把控越來越嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品智能化的檢測已是必然。但是傳統(tǒng)的零件檢測規(guī)劃和零件尺寸檢測方法既費(fèi)時(shí)，又缺乏準(zhǔn)確性，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展需求。在這種背景下，智能三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。因此，為有效的解決傳統(tǒng)三坐標(biāo)檢測過程中存在的缺陷，本篇文章對智能三坐標(biāo)測量機(jī)檢測規(guī)劃問題進(jìn)行了分析，希望為實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品檢測智能化提供一點(diǎn)借鑒意義。

一、智能三坐標(biāo)測量機(jī)概述

智能測量機(jī)將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到測量工作中，借助計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫制定合理的測量策略，實(shí)現(xiàn)檢測工作的自動(dòng)化。測量策略主要包括測量路徑、測量點(diǎn)數(shù)及分布、測頭探測方向、避障算法、碰撞檢查等內(nèi)容的確定和選擇，在智能三坐標(biāo)測量機(jī)工作中發(fā)揮著重要的作用，對于智能三坐標(biāo)測量機(jī)的工作質(zhì)量有著直接的影響，因此，機(jī)械制造企業(yè)對智能三坐標(biāo)測量機(jī)檢測規(guī)劃進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究是非常重要。

圖1 三坐標(biāo)測量機(jī)

二、智能三坐標(biāo)測量機(jī)檢測規(guī)劃

(一)測頭及測頭探測方向的選擇。三坐標(biāo)測量機(jī)的測頭作為一種傳感器，比普通傳感器的結(jié)構(gòu)、功能更為復(fù)雜，接觸式測頭和非接觸測頭是三坐標(biāo)測量機(jī)測頭的主要類型。三坐標(biāo)測量機(jī)在測量的過程中，能夠依據(jù)所測量事物的材質(zhì)、位置、形狀等差異，選擇不同的測頭進(jìn)行測量工作。但是測頭的選擇要建立在全面熟悉工作位置和環(huán)境的基礎(chǔ)上，盡量選擇性能高、使用時(shí)期長的測頭，降低測頭的更換次數(shù)，提升測量工作的效率。在三坐標(biāo)測量機(jī)實(shí)際的測量工作中，由于不同類型的測頭的精確度存在著一定的差異，當(dāng)各種類型的測頭結(jié)合使用時(shí)，很可能會導(dǎo)致測量結(jié)果不精確，因此在實(shí)際的測量工作中就要依據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，選擇合理的測頭，在最大程度上保證測量結(jié)果的精確度。

在三坐標(biāo)測量機(jī)的測量工作中，測頭探測方向的改變則需要通過改變測頭座上測頭的角度來實(shí)現(xiàn)，而對于測頭探測方向的研究，在二十世紀(jì)九十年代提出的方向錐理論，為測頭方向的改變提供了科學(xué)的計(jì)算理論。方向錐的基本思想為側(cè)頭方向可以通過測頭座的旋轉(zhuǎn)角度來實(shí)現(xiàn)。但是由于實(shí)際中的測頭長度有限、體積較大，依據(jù)方向錐計(jì)算方法得出的結(jié)果調(diào)整方向，有可能在實(shí)際的檢測中發(fā)生碰撞，也有可能實(shí)現(xiàn)達(dá)到不可能實(shí)現(xiàn)的方向。

在三坐標(biāo)測量機(jī)對具有簡單曲面的工件檢測中，只需要確定測頭的方向就可以了。此時(shí)依據(jù)相關(guān)理論可以將測頭的離散方向分為六個(gè)坐標(biāo)軸方向，根據(jù)坐標(biāo)軸的方向?qū)z測面的可行性進(jìn)行判斷，確定測頭的方向，在很大程度上減少了計(jì)算量，但是在這種檢測過程中容易出現(xiàn)遺漏的現(xiàn)象。

(二)測量點(diǎn)數(shù)及分布的確定。三坐標(biāo)測量機(jī)的測量工作是通過測球和測量點(diǎn)的直接接觸實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際檢測過程中，對于檢測面中檢測點(diǎn)數(shù)量及分布的確是非常重要的。因此，在三坐標(biāo)測量機(jī)測量之前，就需要工作人員對檢測的點(diǎn)、線、面等進(jìn)行全面的觀察和了解，在保證測量結(jié)果精確度的基礎(chǔ)上盡量的減少測量點(diǎn)的數(shù)量，在最大程度上降低測量機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響，提升測量機(jī)的工作效率。對于測量點(diǎn)數(shù)量及分布的確定，則需要依據(jù)測量零件的精度標(biāo)準(zhǔn)、形狀、位置進(jìn)行確定。

首先，依據(jù)測量零件的精度標(biāo)準(zhǔn)、尺寸大小，以及測量機(jī)的精度確定測量的點(diǎn)數(shù)。在保證測量精度的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)臏p少測量點(diǎn)，依據(jù)測量零件的待測面大小確定合理的測量點(diǎn)。對于測量精度要求高的零件，就需要依據(jù)測量標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)?shù)脑黾訙y量點(diǎn)，而對于測量精確度要求不高的零件，就需要依據(jù)測量標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)?shù)臏p少測量點(diǎn)，在最大程度上保證測量的質(zhì)量和效率。其次，依據(jù)待測量零件的構(gòu)造形狀確定測量點(diǎn)。在使用三坐標(biāo)測量機(jī)開展測量工作之前，就要確定零件需要測量的面，判斷測量面檢測的可行性，在側(cè)頭及測頭方向可達(dá)的區(qū)域內(nèi)確定測量點(diǎn)。最后，測量點(diǎn)的分布狀態(tài)也影響著測量點(diǎn)的確定。在測量機(jī)實(shí)際的測量工作中，工作人員就需要對測量零件測量點(diǎn)的分布狀態(tài)進(jìn)行全面的了解，合理的確定測量點(diǎn)的分布，對于測頭不可達(dá)到的測點(diǎn)，就需要避開這些區(qū)域重新的確定測量點(diǎn)。

(三)測量機(jī)檢測路徑的規(guī)劃。智能三坐標(biāo)檢測機(jī)測量路徑規(guī)劃指的是零件測量點(diǎn)的檢測順序，檢測面作為測量機(jī)中最小的檢測單位，需要在測量的過程中逐個(gè)進(jìn)行檢測，必須一個(gè)一個(gè)的、有序的進(jìn)行。在進(jìn)行測量機(jī)檢測路徑的規(guī)劃時(shí)，既需要保證檢測過程中測頭更換及方向轉(zhuǎn)變的次數(shù)最少，測頭運(yùn)動(dòng)軌跡的最小化，還要保證測量結(jié)果符合零件的實(shí)際需求。而零件的測量點(diǎn)分布的策略一般是均勻分布，或者盡可能的覆蓋整個(gè)測量面，這就需要合理的分布測量點(diǎn)，保證測量結(jié)果的精確度。但是在當(dāng)前的很多企業(yè)中，使用的三坐標(biāo)測量機(jī)缺少自動(dòng)選擇測點(diǎn)的性能，在實(shí)際的測量工作中。完全的依據(jù)測量人員的工作經(jīng)驗(yàn)，在測量結(jié)果上難免會存在誤差。而智能三坐標(biāo)測量機(jī)能夠有效的彌補(bǔ)其存在的缺陷，在最大程度上實(shí)現(xiàn)測量過程的自動(dòng)化、智能化，有效的保障測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，做好產(chǎn)品質(zhì)量的檢測工作。

(四)碰撞檢查及規(guī)避的確定。在智能三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量工作時(shí)，既要注意測頭的運(yùn)動(dòng)盡量避免與其他工件發(fā)生碰撞，又要關(guān)注測頭運(yùn)動(dòng)的路徑是否最佳。而在檢測路徑的確定過程中需要解決兩點(diǎn)問題，首先是運(yùn)動(dòng)測頭是否同工件發(fā)生碰撞，其次是測頭運(yùn)動(dòng)路徑是否最佳，這就需要在檢測之前進(jìn)行檢測路徑的設(shè)計(jì)，并做好碰撞的運(yùn)算，在最大程度上規(guī)避碰撞，保證測量機(jī)的檢測工作順利完成。另外，在智能三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量工作時(shí)，可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)路徑模型，做好碰撞和規(guī)避碰撞的方案，使用模擬軟件或者動(dòng)畫軟件對整個(gè)檢測過程進(jìn)行預(yù)測或者重現(xiàn)，模擬測點(diǎn)同工件的碰撞問題，提出最優(yōu)的避障算法，在最大程度上規(guī)避碰撞點(diǎn)，保證測量結(jié)果的精確度。通過有效的碰撞檢測和規(guī)避，不僅能夠增強(qiáng)測量結(jié)果的精確度，還能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。

結(jié)束語

總而言之，本文主要論述了智能三坐標(biāo)測量機(jī)檢測規(guī)劃的問題，分析了智能三坐標(biāo)測量機(jī)測量時(shí)測頭及測頭方向的選擇、數(shù)量點(diǎn)數(shù)目及其分布的確定、檢測路徑規(guī)劃、碰撞規(guī)避及檢查等方面需要注意的事項(xiàng)，研究了如何在檢測產(chǎn)品質(zhì)量的過程中有效的減少測量點(diǎn)的數(shù)量和檢測路徑所用的時(shí)間，提升智能三坐標(biāo)測量機(jī)的精密度和工作效率，有效的保障產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。希望能夠?yàn)槠髽I(yè)優(yōu)化智能三坐標(biāo)測量機(jī)檢測規(guī)劃流程，強(qiáng)化測量機(jī)檢測的效率和質(zhì)量，提供一點(diǎn)借鑒意義。