CN109373947A - 一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利提供了一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法。总结已有检测经验，建立多种类型的检测点规划方法：沿曲面边缘规划检测点、沿曲面中心线规划检测点、在曲面内均匀规划检测点。根据待测曲面的形状将其分为：环形面、类圆面、复杂轮廓面和矩形面几个类型。设计矩阵算法，通过识别曲面类型、面积等信息，智能地将检测点规划方法与曲面结合，为每个曲面选定合适的检测点规划方法，自适应调整检测点的布局参数，在对应的位置自动规划检测点。与现有技术相比，本发明将检测点规划从传统的遵循经验转变为遵循标准或规范，从人工方式改变为自动化方式，提高了检测点规划的规范性和合理性，实现了检测点规划的自动化和智能化。

Description

一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法

技术领域

本发明涉及一种坐标检测的检测点规划方法，特别是一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法。

背景技术

智能三坐标测量检测规划主要包括以下四点：(1)测头及测头方向的选择；(2)待测元素上测量点数目的确定及测量点的分布；(3)全局最优检测路径的规划；(4)检测路径碰撞检查及避让。

待测元素上测量点数目的确定及测量点的分布也称三坐标检测点的规划。三坐标测量，从检测效率和测量误差的角度出发，一方面应在满足精度要求的前提下，尽可能地减少测量点的数量；另一方面，测量点应合理地分布在测量面上，尽可能将测量机的误差对测量结果的影响减少到最小。申请号为CN201210519459.3的发明专利提出了一种三维设计模块辅助的三坐标测量方法，提出通三坐标测量模块测量待测物体的待检测测面的特征，将实际坐标值与理论坐标值进行对比，判断待测物体是否合格的方法。此方法将坐标检测与三维设计模块结合，但是并未提及检测点规划与三维设计结合的方法；申请号为CN201310221048.0的发明专利提出了平面度的样本点优化选取方法，提出一种生成的测量样本点能够通过测试较少的样本点而快速的覆盖整个平面的方法，在平面检测时对检测点进行规律的规划，减少了检测点的数量，但是只针对平面度，并未扩展到曲面检测点的样本优化；申请号为 CN201510486017.7的发明专利提出了一种基于实时测点轨迹的三坐标测点操作控制系统，在处理需要重复检测的情况下提高了检测效率，但是只涉及在已有检测点的情况下重复获取位置，并没有提高如何确定检测点的位置。

三坐标测量机在实际进行检测点规划的时候，规划结果受到很多不确定因素的影响。企业多根据技术人员的操作经验进行检测点规划，对于曲面复杂的检具，检测点规划主观性较大，不确定因素包括曲面上检测点的数目，检测点的分布范围，检测点的分布规律等，缺乏适用的模版和规范。现有的软件或方法需要操作人员在在线检测时进行大量的手工检测点选取，对待测曲面单次单个进行检测点规划，判断检测点的数目、位置以及分布范围。同时检测点规划的方式不灵活，不能很好的满足企业多样化的实际需求，极大的浪费了检测仪器的在线有效工作时间，降低了操作人员的工作效率，造成无价值重复劳动。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，可以对待测曲面进行智能分类，在不同类型的曲面上进行对应方法的检测点规划，极大提高检测效率，满足企业多样化需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，包括以下步骤：

步骤一：建立几种基础的检测点规划形式，在曲面上向内偏置曲面的边界，在生成的偏置曲线上按照曲线弧长规划检测点；在曲面上构建U、V方向的参数线，在U、V参数线方向均匀规划检测点(U和V分别是曲面在显示器水平、垂直方向上的坐标，取值一般都是0～1，也就是水平方向的第U个曲面宽度，垂直方向的第V个曲面高度)；构建曲面的中线，在中线上根据长度布置检测点；在曲面的中心点置布置检测点；

步骤二：零件有检测区域和非检测区域之分，遍历检测区域曲面，获取需要测量的曲面，去除倒角、过渡等多余曲面。；

步骤三：由步骤二获取到待测曲面，通过曲面的外形、边界将曲面分类：边界线闭环数目大于1的曲面——环形面，边界含有多对平行线的曲面——矩形面，边界线数目为1的曲面——类圆面，边界线数目大于指定数目M₁的曲面——复杂轮廓面；

步骤四：建立矩阵算法，将曲面类型与检测点规划方法智能匹配，为每类曲面指定多种检测点规划方法。根据曲面具体参数，自动选择一种最合理检测点规划方法。算法如下：

i表示曲面序号，X_i代表初步选择的检测点规划方法，j表示不同的曲面类型，矩阵P_j代表不同曲面类型，曲面类型j不同时，矩阵P_j相应改变。

环形面：类圆面：

复杂轮廓面：矩形面：

矩阵Q代表基础的检测点规划方法矩阵，其中，q₁＝0，表示偏置规划检测点；q₂＝1，表示中线规划检测点；q₃＝2，表示中心点作为检测点；q₄＝4，表示U、V参数规划检测点；Y_i代表最终确定的检测点规划方法，矩阵Z代表规划方法的筛选参数，S₁表示曲面单位面积，L₁表示初始长宽比。矩阵Z中，当曲面面积小等于S₁时，Z＝[1 1 0 0]，大于S₁时，Z＝[0 0 1 1]，当长宽比小于等于L₁时，Z＝[0 0 1 1]，当长宽比大于L₁时，Z＝[1 1 0 0]。

步骤五：根据曲面的具体尺寸和精度要求，给检测点规划方法设置适合的参数——检测点的间隔、参数线的间隔R₁、曲面单位面积S₁、长宽比L₁、曲面边界数目M₁、曲面边界偏置距离O₁、U、V方向规划检测点起止百分比等，计算得到最终的规划结果。Y_i最终计算的结果为单个数值，与矩阵Q中的元素对应，同时对应上述的几种基础规划方式。对于复杂轮廓曲面，取边界向曲面内部偏置，对偏置曲线柔化处理，去除突变和尖锐部分，对于环形面，取周长最大的闭环边界为参考，落入其他闭环的检测点，视为不在曲面上，规划后将其删除。

步骤五：根据曲面的具体尺寸和精度要求，给检测点规划方法设置适合的参数——检测点的间隔R₁、参数线的间隔R₂、曲面单位面积S₁、长宽比L₁、曲面边界数目M₁、曲面边界偏置距离O₁、U、V方向规划检测点起止百分比等，计算得到最终的规划结果。Y_i最终计算的结果为单个数值，与矩阵Q中的元素对应，同时对应上述的几种基础规划方式。对于复杂轮廓曲面，取边界向曲面内部偏置，对偏置曲线柔化处理，去除突变和尖锐部分，对于环形面，取周长最大的闭环边界为参考，落入其他闭环的检测点，视为不在曲面上，规划后将其删除。

作为更进一步的优选方案，步骤一中，边界线最长的曲线方向设定为U方向、与之垂直的方向设定为V方向。

作为更进一步的优选方案，步骤二中，对零件的检测区域和非检测区域进行区分，给待测面新建变量T，通过不同颜色与非检测区域不同或法式方向于非检测区域相反或添加一个非检测区域没有的属性，并由计算机自动查找变量T，得到待侧区域的曲面。

作为更进一步的优选方案，步骤二中，多余规划检测点的曲面包括用于装配的倒角的曲面、不做尺寸和形状要求的过渡曲面、可以通过基准点测量精度的平面。

作为更进一步的优选方案，步骤四中，以曲面类型为基本单位，将需要检测的曲面分类，统一进行检测点规划。

有益效果：本发明采用上述技术方案后具有的优点是：本发明建立了复杂曲面零件检测时可使用的简单规则，将检测点规划从笼统的根据经验，转变为遵循标准。将检测点规划分为了几个的类型，每个类型拥有不同尺寸范围，对应不同的参数。提高了检测点规划的规范性和合理性，实现了检测点规划的智能生成。企业可以根据检具实际情况动态定制新的规则，采用本发明方法进行检具的检测点规划时，能减少复杂的人机交互操作，提高操作人员的工作效率，增加坐标测量机的在线有效工作时间。

附图说明

图1为本发明复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法的流程图；

图2为实施案例汽车前地毯检具模型的俯视图；

图3为实施案例汽车前地毯检具模型的轴侧视图；

图4为多闭环面的图例；

图5为多闭环面偏置规划检测点的图例；

图6为多闭环面检测点规划结果图；

图7为矩形面的图例；

图8为矩形面U、V参数线规划检测点的图例；

图9为矩形面检测点规划结果图；

图10为类圆面的图例；

图11为类圆面中心点作为检测点的图例；

图12为类圆面检测点规划结果图；

图13为复杂轮廓面的图例；

图14为复杂轮廓面偏置规划检测点的图例；

图15为复杂轮廓面检测点规划结果图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明提出一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，方法的通用步骤如下：

1.一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立几种基础的检测点规划形式，在曲面上向内偏置曲面的边界，在生成的偏置曲线上按照曲线弧长规划检测点；在曲面上构建U、V方向的参数线，在U、V参数线方向均匀规划检测点；构建曲面的中线，在中线上根据长度布置检测点；在曲面的中心点置布置检测点；

步骤二：零件有检测区域和非检测区域之分，遍历检测区域曲面，获取需要测量的曲面，去除倒角、过渡等多余曲面。；

步骤三：由步骤二获取到待测曲面，通过曲面的外形、边界将曲面分类：边界线闭环数目大于1的曲面——环形面，边界含有多对平行线的曲面——矩形面，边界线数目为1的曲面——类圆面，边界线数目大于指定数目M₁的曲面——复杂轮廓面；

步骤四：建立矩阵算法，将曲面类型与检测点规划方法智能匹配，为每类曲面指定多种检测点规划方法。根据曲面具体参数，自动选择一种最合理检测点规划方法。算法如下：

i表示曲面序号，X_i代表初步选择的检测点规划方法，j表示不同的曲面类型，矩阵P_j代表不同曲面类型，曲面类型j不同时，矩阵P_j相应改变。

环形面：类圆面：

复杂轮廓面：矩形面：

矩阵Q代表基础的检测点规划方法矩阵，其中，q₁＝0，表示偏置规划检测点；q₂＝1，表示中线规划检测点；q₃＝2，表示中心点作为检测点；q₄＝4，表示U、V参数规划检测点；Y_i代表最终确定的检测点规划方法，矩阵Z代表规划方法的筛选参数，S₁表示曲面单位面积，L₁表示初始长宽比。矩阵Z中，当曲面面积小等于S₁时，Z＝[1 1 0 0]，大于S₁时，Z＝[0 0 1 1]，当长宽比小于等于L₁时，Z＝[0 0 1 1]，当长宽比大于L₁时，Z＝[1 1 0 0]。

步骤五：根据曲面的具体尺寸和精度要求，给检测点规划方法设置适合的参数——检测点的间隔、参数线的间隔R₁、曲面单位面积S₁、长宽比L₁、曲面边界数目M₁、曲面边界偏置距离O₁、U、V方向规划检测点起止百分比等，计算得到最终的规划结果。Y_i最终计算的结果为单个数值，与矩阵Q中的元素对应，同时对应上述的几种基础规划方式。对于复杂轮廓曲面，取边界向曲面内部偏置，对偏置曲线柔化处理，去除突变和尖锐部分，对于环形面，取周长最大的闭环边界为参考，落入其他闭环的检测点，视为不在曲面上，规划后将其删除。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：使用UGNX建模软件和一件汽车检具来实施案例。

步骤一：如图2图3所示，本次实施案例是一个汽车前地毯检具的三维模型。分析已有检具的检测点位置，建立检测点规划几种的基础规划方法：如图5和图14所示，采用在曲面上偏置的方式，选取单个曲面，向内偏置曲面的边界，在生成的偏置曲线上均匀地规划检测点，检测点从曲线的5％弧度开始，在95％弧度位置结束；如图8所示，在曲面上获取最长边，根据方向构建U、V参数线，在参数线相交的点位置规划检测点；如图11所示，采用直接在曲面上取点的方式，在曲面上依据U、V参数方向的百分比定位检测点，取各50％规划检测点，及为曲面的中心点。

步骤二：根据各曲面的形状、尺寸参数，建立曲面分类规则；获得曲面的所边界，判断边界拥有的闭环数目，若有多个闭环，将曲面定义为多闭环面；对剩余的一个闭环曲线再分类，若曲面边界只有一条曲线单独构成，不存在相交曲线，将曲面定义为类圆面；若曲面边界含有两两平行的直线，定义为矩形面；定义M₁为8，若曲面边界线的数目大于等于8，将曲面定义为复杂轮廓面。

步骤三：在模型中给检测区域添加一个独特的标识，本案例给检测区域染上特定的颜色，颜色ID为75；通过对模型实体和曲面的遍历查找功能，获取所有颜色ID为75的曲面，即得到检测区域的所有曲面。

步骤四：图4所示曲面为图2中的1，的边界线有两个闭环，定义为多闭环曲边，其他三个曲面都只有一个闭环，再进行细分；图7所示曲面为图2中的2，边界线由几段直线和曲线连接成，不是类圆面，边界线包含一对平行线，另一对边界线中，曲线切线与直线相互平行，定义为矩形面；图10所示曲面为图2中的3，边界线是单条曲线，定义为类圆面；图 13所示曲面为图2中的4，边界线也由几段直线和曲线连接成，不是类圆面，边界线数目为 8，定义为复杂轮廓面；

步骤五：定义单位面积S₁＝10000mm²，长宽比L₁＝4；

图4所示曲面，面积为10229.91mm²，Z＝[0 0 1 1]， Y_i＝Z×P_i×Q＝0，曲面采用偏置规划检测点的方式，如图5所示；

图7所示曲面，长宽比小于4，Z＝[0 0 1 1]， Y_i＝Z×P_i×Q＝3，曲面采用U、V参数规划检测点的方式，如图8所示；

图10所示曲面，面积为1963.06mm²，Z＝[1 1 0 0]， Y_i＝Z×P_i×Q＝2；曲面采用中心点作为检测点的方式，如图11所示；

图13所示曲面，面积为4533.71mm²，Z＝[1 1 0 0]； Y_i＝Z×P_i×Q＝0；曲面采用偏置规划检测点的方式，如图14所示；

步骤六：本案例取X₁＝100mm；图4所示曲面，采用偏置规划检测点的方式，曲面边界周长为595.63mm，故检测点数目为5，检测点规划结果如图6所示；图7所示曲面，采用U、v参数规划检测点的方式，边界周长为688.13mm，U方向边界线长度为272.3mm；V方向边界线长度为7319mm，故U方向参数点线为2条；V方向参数线为1条，检测点规划结果如图9 所示；图10所示曲面，采用中点为检测点的方式，检测点规划结果如图12所示；图13所示曲面，采用偏置规划检测点的方式，边界线周长为383.12mm，故检测点数目为5，检测点规划结果如图15所示；

本发明将多种曲面类型和检测点规划方法之间建立的连接关系，基于NX三维建模平台实现了复杂曲面零件的检测点智能规划。可以对复杂曲面零件进行快速统一的检测点规划，根据曲面信息确定检测点参数，减少了由操作人员经验不足产生的不合理检测点，减少了人机交互的操作步骤和繁杂重复劳动，作高了操作人员的工作效率。使检测点规划具有多样性的同时提高了规范性，很好的满足企业多样化的实际需求，增加了坐标测量机的在线有效工作时间，提高了整体检测效率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (5)

1.一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立几种基础的检测点规划形式，在曲面上向内偏置曲面的边界，在生成的偏置曲线上按照曲线弧长规划检测点；在曲面上构建U、V方向的参数线，在U、V参数线方向上均匀规划检测点，其中，U为曲面在显示器水平、V为垂直方向上的坐标，取值范围为0～1，即水平方向的第U个曲面宽度，垂直方向的第V个曲面高度；构建曲面的中线，在中线上根据长度布置检测点；在曲面的中心点置布置检测点；

步骤二：零件有检测区域和非检测区域之分，遍历检测区域曲面，获取需要测量的曲面，去除倒角、过渡等多余曲面；

步骤三：由步骤二获取到待测曲面，通过曲面的外形、边界将曲面分类：边界线闭环数目大于1的曲面——环形面，边界含有多对平行线的曲面——矩形面，边界线数目为1的曲面——类圆面，边界线数目大于指定数目M₁的曲面——复杂轮廓面；

步骤四：建立矩阵算法，将曲面类型与检测点规划方法智能匹配，为每类曲面指定多种检测点规划方法。根据曲面具体参数，自动选择一种最合理检测点规划方法，算法如下：

i表示曲面序号，X_i代表初步选择的检测点规划方法，j表示不同的曲面类型，矩阵P_j代表不同曲面类型，曲面类型j不同时，矩阵P_j相应改变。

环形面：类圆面：

复杂轮廓面：矩形面：

矩阵Q代表基础的检测点规划方法矩阵，其中，q₁＝0，表示偏置规划检测点；q₂＝1，表示中线规划检测点；q₃＝2，表示中心点作为检测点；q₄＝4，表示U、V参数规划检测点；Y_i代表最终确定的检测点规划方法，矩阵Z代表规划方法的筛选参数，S₁表示曲面单位面积，L₁表示初始长宽比；矩阵Z中，当曲面面积小等于S₁时，Z＝[1 1 0 0]，大于S₁时，Z＝[1 1 0 0]，当长宽比小于等于L₁时，Z＝[1 1 0 0]，当长宽比大于L₁时，Z＝[1 1 0 0]。

步骤五：根据曲面的具体尺寸和精度要求，给检测点规划方法设置适合的参数——检测点的间隔、参数线的间隔R₁、曲面单位面积S₁、长宽比L₁、曲面边界数目M₁、曲面边界偏置距离O₁、U、V方向规划检测点起止百分比等，计算得到最终的规划结果；Y_i最终计算的结果为单个数值，与矩阵Q中的元素对应，同时对应上述的几种基础规划方式；对于复杂轮廓曲面，取边界向曲面内部偏置，对偏置曲线柔化处理，去除突变和尖锐部分，对于环形面，取周长最大的闭环边界为参考，落入其他闭环的检测点，视为不在曲面上，规划后将其删除。

2.根据权利要求1所述的一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，其特征在于：步骤一中，边界线最长的曲线方向设定为U方向、与之垂直的方向设定为V方向。

3.根据权利要求1所述的一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，其特征在于：步骤二中，对零件的检测区域和非检测区域进行区分，给检测面新建变量T，通过不同颜色与非检测区域不同或法式方向于非检测区域相反或添加一个非检测区域没有的属性，并由计算机自动查找变量T，得到待侧区域的曲面。

4.根据权利要求1所述的一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，其特征在于：步骤二中，多余的曲面包括用于装配的倒角的曲面、不做尺寸和形状要求的过渡曲面、可以通过基准点测量的平面。

5.根据权利要求1所述的一种复杂曲面零件三坐标检测点智能规划方法，其特征在于：步骤四中，以曲面类型为基本单元，将需要检测的曲面分类，统一进行检测点规划。