坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是應(yīng)用廣泛的測(cè)量設(shè)備，它可以測(cè)量零件的幾何形狀、尺寸和相關(guān)位置等。近年來許多測(cè)量機(jī)運(yùn)用計(jì)算機(jī)硬件和軟件增強(qiáng)了它們的功能，但測(cè)量程序通常仍舊使用獨(dú)立的系統(tǒng)，測(cè)量不同形狀的零件，必須事先分別確定好測(cè)量點(diǎn)及測(cè)量路徑，然后編制相應(yīng)控制程序，其過程與零件的設(shè)計(jì)和加工過程相脫離。所以，現(xiàn)在迫切需要一種有效的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量（cai）子系統(tǒng)與cad/cam系統(tǒng)相集成，建立一個(gè)設(shè)計(jì)、加工和測(cè)量的集成系統(tǒng)。這樣，對(duì)于 cad系統(tǒng)中已設(shè)計(jì)建立的零件模型，系統(tǒng)就可根據(jù)其表面特征自動(dòng)生成各表面上的測(cè)量點(diǎn)，再由測(cè)量點(diǎn)確定測(cè)量路徑，生成測(cè)量程序，控制坐標(biāo)測(cè)量機(jī)完成測(cè)量任務(wù)。此系統(tǒng)大大改善了其自動(dòng)化性能。1 零件表面測(cè)量點(diǎn)的自動(dòng)生成一般三維機(jī)械零件是由基本的幾何形狀表面所構(gòu)成的。平面、圓柱和圓錐面是zui典型的三種表面。本文主要介紹這三種表面上測(cè)量點(diǎn)的生成原理。
圖1 平面上測(cè)量點(diǎn)
圖2 n形求解
圖3 法向求解
平面 三個(gè)不共線的點(diǎn)決定一個(gè)平面，但作為一般規(guī)則，在一個(gè)平面上至少應(yīng)有4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，這是由于實(shí)際平面與理想平面存在差異，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)可以更準(zhǔn)確的反映實(shí)際平面的特征。對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)方形的理想平面，合理的測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該平均地分布在4個(gè)位置上，每個(gè)點(diǎn)離邊界的距離是長(zhǎng)或?qū)挼膸追种唬▓D1），其中取l1=l/10，w1=w/10。 但是，如果長(zhǎng)方形是較細(xì)長(zhǎng)的（長(zhǎng)寬比l/w>4），則確定的4個(gè)測(cè)量點(diǎn)將形成一個(gè)很長(zhǎng)的跨度，這對(duì)實(shí)際測(cè)量不利。因此，有必要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整一些測(cè)量點(diǎn)。例如，將4個(gè)測(cè)量點(diǎn)形成的長(zhǎng)方形的長(zhǎng)再劃分成8等份，對(duì)角線上的兩個(gè)點(diǎn)可向內(nèi)調(diào)整移動(dòng)兩格，參見圖1中的點(diǎn)2和點(diǎn)4。 如果選擇的平面不是一個(gè)理想平面（如：非矩形或內(nèi)部有孔），按上述方法確定的4個(gè)測(cè)量點(diǎn)會(huì)有點(diǎn)落在實(shí)際平面之外。此時(shí)，必須尋找一個(gè)位于此平面內(nèi)的點(diǎn)來替代原測(cè)量點(diǎn)。如果這個(gè)點(diǎn)在平面的一個(gè)角上，它就沿對(duì)角線方向向內(nèi)按“n”形移動(dòng)（圖2），這種方法稱為“n形求解”。如果這個(gè)點(diǎn)靠近一條邊，那它就沿邊的法線方向向內(nèi)移動(dòng)（圖3），這就稱“法向求解”。圖2求解順次是d0、d1、d2、……dn，直到dn點(diǎn)落在平面內(nèi)部。圖3求解順次是d0、d1、d2、……dn，直到dn點(diǎn)落在平面內(nèi)部。 圓柱面和圓錐面 對(duì)于圓柱面或圓錐面，兩個(gè)測(cè)量圓的高度分別為 h1=r+（h-2r）/5，h2=r+4（h-2r）/5其中h為總度高，r為測(cè)頭半徑（圖4）。按幾何對(duì)稱性原則，每個(gè)圓上生成4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)的圓心角為90°。這樣，沿著軸向不等高的兩個(gè)測(cè)量圓上就均勻分布個(gè)8測(cè)量點(diǎn)。
圖4 圓錐面上的測(cè)量點(diǎn)
圖5三維零件上測(cè)量點(diǎn)
圖6 平面上測(cè)量路徑
圖7 圓柱面上測(cè)量路徑
組合表面 三維零件的cad表面模型可以從零件的平面圖或二維投影圖來定義。零件的表面模型建立后，系統(tǒng)程序就通過以上方法生成平面、圓柱面和圓錐面等所有表面上的測(cè)量點(diǎn)，參見圖5。隨著進(jìn)一步研究和開發(fā)，可以針對(duì)cad系統(tǒng)的幾何數(shù)據(jù)庫(kù)和cam數(shù)據(jù)庫(kù)建立專門的測(cè)量路徑數(shù)據(jù)庫(kù)。 自定義測(cè)量點(diǎn) 在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)給定形狀表面確定出足夠數(shù)量及優(yōu)化數(shù)量的測(cè)量點(diǎn)也是很重要的。cai系統(tǒng)中，在計(jì)算機(jī)屏幕上可以有自動(dòng)和手動(dòng)交互兩種模式選擇。在手動(dòng)交互模式中，對(duì)于所選表面可以確定任何數(shù)量的測(cè)量點(diǎn)。不同的用戶根據(jù)自己的需要可有不同的選擇。2 零件表面測(cè)量路徑設(shè)計(jì)零件表面上測(cè)量點(diǎn)確定后，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭在工作區(qū)從測(cè)量點(diǎn)所在平面的法線方向接近測(cè)量點(diǎn)，首先是以較快的速度移向*個(gè)測(cè)量點(diǎn)的準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)，然后以較慢的速度靠近*個(gè)測(cè)量點(diǎn)，這樣可以防止測(cè)頭與零件之間的碰撞。準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)是非常接近測(cè)量點(diǎn)的點(diǎn)，它從測(cè)量點(diǎn)表面法線方向到測(cè)量點(diǎn)之間有一段測(cè)量過的距離。到達(dá)*個(gè)測(cè)量點(diǎn)之后，測(cè)頭再退回到它的準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)，然后快速移動(dòng)到第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)的準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)，再到第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)。當(dāng)依次到達(dá)所有測(cè)量點(diǎn)后，測(cè)頭就從表面上移開，利用以上規(guī)則就生成了測(cè)頭的測(cè)量路徑。參見圖6，d0是開始點(diǎn)，d1、d2、d3、d4是4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，z1、z2、z3、z4是4個(gè)相應(yīng)的準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)。在執(zhí)行測(cè)量程序時(shí)，測(cè)量力和接觸條件是嚴(yán)格控制的，加之測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理，因此就排除了可能出現(xiàn)的人為誤差。 在零件圖中，圓柱面和圓錐面可代表外表面，也可以表示內(nèi)表面（孔），設(shè)計(jì)路線必須根據(jù)實(shí)際形狀而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整來確定。本系統(tǒng)中只考慮線性插值法。圖7是一個(gè)圓柱體外表面，d0是開始點(diǎn)，d1…d8是8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，z1…z8是相應(yīng)的準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)。對(duì)于其它的圓錐面或圓柱內(nèi)表面上測(cè)頭路線都可以用相似的方法生成。3 結(jié)束語坐標(biāo)測(cè)量機(jī)cai系統(tǒng)必將與cad系統(tǒng)相集成，按上述方法，對(duì)于三維零件表面模型，測(cè)量系統(tǒng)可以自動(dòng)生成表面上的測(cè)量點(diǎn)，設(shè)計(jì)了測(cè)量路徑，然后控制坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，這樣可以大大提高坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自動(dòng)化功能，縮短輔助時(shí)間，提高工作效率，并且成本低、適用性廣。

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