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基于工件三维模型的三坐标测量技术探讨

2021-11-17陈晓

装备维修技术 2021年39期
关键词:三维模型工件制造

摘  要:本文重点对基于攻坚三维模型的三坐标测量技术展开探讨。在测量技术的应用中,应结合工件的设计数据,使数据和三维模型对齐,在此基础上构建工件的三坐标系,由此开展三坐标测量,借助测量软件系统,能够清晰呈现工件的元素构造,并可实现投影功能,多角度地测量出更多尺寸数据,为工件的制造提供更加全面、客观的数据信息。

关键词:工件;制造;三维模型;三坐标测量

应用三维模型技术能够为制造加工提供更加准确的数据,在三维模型的基础上,加入三坐标系,以及相关测量软件,能够进一步提升数据采集和处理的工作效率[1]。并能够满足复杂结构工件的多项尺寸测量需求,因其技术的优越性,目前已被越来越多的制造企业所引入。基于工件三维模型的三坐标测量,就是将工件的3D立体模型导入进测量系统中,使坐标系和工件结构点对其,找正机器和工件的位置和坐标,由此来获取工件的坐标位置进行测量,得到工件关键部位的测量数据。

1.基于三维模型的三坐标测量的技术优势

利用工件三维模型建立三坐标系并进行测量,这种方式能够在实际工件上获取数据,并且能够在脱机的状态下编程,只要将三维模型导入进测量软件系统中,无论是否加工,都可以编程,提高了效率[2]。此外,传统的测量方式,需要手动输入理论值,再与实测结果进行比对。而基于三维模型的三坐标测量,当导入三维模型后,就能直接获取理论值,无需人工逐个输进到系统中,减少了人力劳动,也避免了人工操作可能出错的问题,取得更加准确的测量结果。

2.三坐标测量技术

2.1工件三维模型的导入

將工件的三维模型导入进测量软件里。需要注意导入的格式是否匹配。如果是PROE系统所生成的三维模型就不能输入进测量系统中,而是要先转换一下,将三维模型先转换为能够共容的格式,再导入到系统里[3]。导入后选几何元素,建议选择实体模型,这种几何结构和线框模型相比,更加直观。读入CAD模型,将三维模型渲染处理,把CAD的线框模型转换成实体模型结构。

2.2坐标系找正对齐

工件的坐标系和加工机床坐标系应当找正对齐,这样才能有效进行测量以及编程操作。让工件的位置、CAD三维模型和机床坐标系整合起来,这是建立三坐标测量的一项重点。

2.3选择测量基准

在测量之前,首先要了解所采用的加工方案,明确设计和加工的基准,使所设计的测量基准能够和设计加工的基准保持一致,防止各基准不统一所带来的误差。因此在设计之前,务必要对所测量的工件其加工特征及相关要素有比较全面的掌握。

2.2装夹方式的确定

在进行三坐标测量时,三维模型应当和工件加工的所在位置是相同的。工件是被装夹在机床上,因此装夹的位置、方式也会影响其实际位置。测量时的装夹方式,要和实际加工时的装夹方式相同,工件放置位置也要和机床坐标系相平行。这样才能得到准确的数据。在测量时,尽量在一次工件装夹中完成所有重点数据的测量,避免多次装夹,防止装夹误差所带来的影响。

2.4建立工件三坐标系

三维模型按照实体模型的形式建立绝对坐标系,并导入进测量系统中。为使三维模型和工件实际位置是重合的,需要让机床坐标和工件坐标相一致,保证对齐。结构复杂的工件主要采用3-2-1法来建立坐标系[4],通过面、线、点的主要特征来综合确定坐标轴、原点,利用这一坐标系帮助找正。根据加工图纸的设计和加工基准,在三维模型中提取测量基准。之后通过不在一个直线中的三个点来确定一个平面,以这个平面的法线矢量来确定坐标轴方向,实现找平,也就是321法中的“3”,适用于平面以及结构复杂的圆柱圆锥等结构工件。之后是321原则中的“2”,通过两个点能够确定一条线,将这个线围绕确定好的第一个轴向作旋转,形成第二个轴向。最后的“1”,就是确认坐标系各轴向的原点,通过面、线、点来分别定XYZ三个轴向上的原点。

2.5特征提取及测量

将三维模型完成导入和对齐之后,获取尺寸数据就比较简单了。比如圆形结构的特征数据,测量软件只需从三维模型中通过识别特征的功能,就能获取各元素的树脂。之后定义个特征的测量策略,包括测量探针的高度、采集点的的数量等。根据不同的特征元素进行自动的数据测量,以下以几个比较复杂的结构为例,解析具体的测量。

①圆柱面测量

将模型导入到软件中,在软件的测量数据区域点击所提取的圆柱面,右键菜单选择生成测量点,可以调节测量点的参数,比如对圆柱体表面生成4行共32个测量进行测量,为保证测量的顺利进行,尽量避开有凸起或孔洞的部分,截取表面平整光滑的部分。在模型上选择完,并创建好测量点后,系统就能自动生成测量结果、三坐标系的数值。

②小圆柱孔测量

工件上可能会有小孔,这一部分是测量的一个难点,通常小孔是小型的圆柱形结构,测头应当和小孔的角度角度保持一致,这样才能保证测头测量时的顺利运动。出设计测量点之外,还应设计进出口的位置、回退、靠近距离等相关参数,设置完成后进行自动测量。

③圆锥切面测量

这也是一种比较复杂的结构,需要设置合理的参数,包括测点的位置、测量的长度以及角度等参数,使测头能够进入到圆锥切面中,测量完成后,软件就能够获取圆锥切面的结构。

2.6测量数据输出

将三坐标系建立好,并设置测量的相关参数,将工件防止在设备上就能实现自动测量。根据设计的参数自动探找特征于事物上进行测量。还能够分析测量数据和工件实际位置是否存在偏差。测量完后,软件可以将其自动打印成报告。

3.结束语

综上,利用基于工件三维模型的三坐标测量,能提高测量的质量,建立更加准确的坐标系。目前生产制造领域已经朝着自动化、智能化发展,需要更加高效智能的测量技术,这种测量技术的出现,势必会助力我国生产制造行业的智能化发展,值得推广。

参考文献

[1] 晏政,王刚,袁园,庄世宁,李中伟,李文龙. 深窄异形复杂型腔三坐标测量规划与应用验证[J]. 航空制造技术,2020,16(08):1-10.

[2] 马海钊,陈雪梅,李光俊,刘京亮,贺子芮,葛天哲. 导管构件的三坐标测量机自动化检测技术的研究与应用[J]. 锻压技术,2021,46(04):172-179.

[3] 王碧青,王海亮,廖柏峥,王帼媛,郝雪龙. 垂直度对三坐标测量机探测误差的影响[J]. 航空精密制造技术,2021,57(02):44-45+62.

[4] 吕岩,焦丕显,李林,肖光临. 三坐标测量机在数控机床配件检测中的应用探索[J]. 中国设备工程,2021,(07):163-165.

作者简介:

陈晓,女,汉族,山东省淄博市,1995.01.08,大学本科,工作单位:中航西安飞机工业集团股份有限公司,职称,助理工程师,主要从事三坐标测量工作,邮编:710089

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