智能三坐标测量机检测规划问题的研究

陈伟庆

深圳市计量质量检测研究院 广东 深圳 518000

随着机械制造业的发展，对于产品的质量标准越来越高，而高质量产品的制造不仅需要精密的加工设备，还需要结合高精密的检测设备，才能保障产品的质量。保证产品的质量不仅仅是机械制造业发展的要求，也是提升机械制造企业市场竞争力的重要途径，因此对于产品质量进行严格的检测是非常必要的，这就需要企业制定合理的产品检测规划。另外，随着科学技术的发展，对产品质量的把控越来越严格，实现机械制造业产品智能化的检测已是必然。但是传统的零件检测规划和零件尺寸检测方法既费时，又缺乏准确性，已经很难满足现代化机械制造业的发展需求。在这种背景下，智能三坐标测量机应运而生。因此，为有效的解决传统三坐标检测过程中存在的缺陷，本篇文章对智能三坐标测量机检测规划问题进行了分析，希望为实现机械制造业产品检测智能化提供一点借鉴意义。

一、智能三坐标测量机概述

智能测量机将计算机技术应用到测量工作中，借助计算机的数据库制定合理的测量策略，实现检测工作的自动化。测量策略主要包括测量路径、测量点数及分布、测头探测方向、避障算法、碰撞检查等内容的确定和选择，在智能三坐标测量机工作中发挥着重要的作用，对于智能三坐标测量机的工作质量有着直接的影响，因此，机械制造企业对智能三坐标测量机检测规划进行全面系统的研究是非常重要。

图1 三坐标测量机

二、智能三坐标测量机检测规划

(一)测头及测头探测方向的选择。三坐标测量机的测头作为一种传感器，比普通传感器的结构、功能更为复杂，接触式测头和非接触测头是三坐标测量机测头的主要类型。三坐标测量机在测量的过程中，能够依据所测量事物的材质、位置、形状等差异，选择不同的测头进行测量工作。但是测头的选择要建立在全面熟悉工作位置和环境的基础上，尽量选择性能高、使用时期长的测头，降低测头的更换次数，提升测量工作的效率。在三坐标测量机实际的测量工作中，由于不同类型的测头的精确度存在着一定的差异，当各种类型的测头结合使用时，很可能会导致测量结果不精确，因此在实际的测量工作中就要依据产品的质量标准，选择合理的测头，在最大程度上保证测量结果的精确度。

在三坐标测量机的测量工作中，测头探测方向的改变则需要通过改变测头座上测头的角度来实现，而对于测头探测方向的研究，在二十世纪九十年代提出的方向锥理论，为测头方向的改变提供了科学的计算理论。方向锥的基本思想为侧头方向可以通过测头座的旋转角度来实现。但是由于实际中的测头长度有限、体积较大，依据方向锥计算方法得出的结果调整方向，有可能在实际的检测中发生碰撞，也有可能实现达到不可能实现的方向。

在三坐标测量机对具有简单曲面的工件检测中，只需要确定测头的方向就可以了。此时依据相关理论可以将测头的离散方向分为六个坐标轴方向，根据坐标轴的方向对检测面的可行性进行判断，确定测头的方向，在很大程度上减少了计算量，但是在这种检测过程中容易出现遗漏的现象。

(二)测量点数及分布的确定。三坐标测量机的测量工作是通过测球和测量点的直接接触实现的，在实际检测过程中，对于检测面中检测点数量及分布的确是非常重要的。因此，在三坐标测量机测量之前，就需要工作人员对检测的点、线、面等进行全面的观察和了解，在保证测量结果精确度的基础上尽量的减少测量点的数量，在最大程度上降低测量机误差对测量结果的影响，提升测量机的工作效率。对于测量点数量及分布的确定，则需要依据测量零件的精度标准、形状、位置进行确定。

首先，依据测量零件的精度标准、尺寸大小，以及测量机的精度确定测量的点数。在保证测量精度的基础上适当的减少测量点，依据测量零件的待测面大小确定合理的测量点。对于测量精度要求高的零件，就需要依据测量标准适当的增加测量点，而对于测量精确度要求不高的零件，就需要依据测量标准适当的减少测量点，在最大程度上保证测量的质量和效率。其次，依据待测量零件的构造形状确定测量点。在使用三坐标测量机开展测量工作之前，就要确定零件需要测量的面，判断测量面检测的可行性，在侧头及测头方向可达的区域内确定测量点。最后，测量点的分布状态也影响着测量点的确定。在测量机实际的测量工作中，工作人员就需要对测量零件测量点的分布状态进行全面的了解，合理的确定测量点的分布，对于测头不可达到的测点，就需要避开这些区域重新的确定测量点。

(三)测量机检测路径的规划。智能三坐标检测机测量路径规划指的是零件测量点的检测顺序，检测面作为测量机中最小的检测单位，需要在测量的过程中逐个进行检测，必须一个一个的、有序的进行。在进行测量机检测路径的规划时，既需要保证检测过程中测头更换及方向转变的次数最少，测头运动轨迹的最小化，还要保证测量结果符合零件的实际需求。而零件的测量点分布的策略一般是均匀分布，或者尽可能的覆盖整个测量面，这就需要合理的分布测量点，保证测量结果的精确度。但是在当前的很多企业中，使用的三坐标测量机缺少自动选择测点的性能，在实际的测量工作中。完全的依据测量人员的工作经验，在测量结果上难免会存在误差。而智能三坐标测量机能够有效的弥补其存在的缺陷，在最大程度上实现测量过程的自动化、智能化，有效的保障测量结果的准确性，做好产品质量的检测工作。

(四)碰撞检查及规避的确定。在智能三坐标测量机进行测量工作时，既要注意测头的运动尽量避免与其他工件发生碰撞，又要关注测头运动的路径是否最佳。而在检测路径的确定过程中需要解决两点问题，首先是运动测头是否同工件发生碰撞，其次是测头运动路径是否最佳，这就需要在检测之前进行检测路径的设计，并做好碰撞的运算，在最大程度上规避碰撞，保证测量机的检测工作顺利完成。另外，在智能三坐标测量机进行测量工作时，可以借助计算机技术和仿真技术，构建运动路径模型，做好碰撞和规避碰撞的方案，使用模拟软件或者动画软件对整个检测过程进行预测或者重现，模拟测点同工件的碰撞问题，提出最优的避障算法，在最大程度上规避碰撞点，保证测量结果的精确度。通过有效的碰撞检测和规避，不仅能够增强测量结果的精确度，还能保证产品的质量，增强企业的竞争力。

结束语

总而言之，本文主要论述了智能三坐标测量机检测规划的问题，分析了智能三坐标测量机测量时测头及测头方向的选择、数量点数目及其分布的确定、检测路径规划、碰撞规避及检查等方面需要注意的事项，研究了如何在检测产品质量的过程中有效的减少测量点的数量和检测路径所用的时间，提升智能三坐标测量机的精密度和工作效率，有效的保障产品的质量，增强企业的经济效益。希望能够为企业优化智能三坐标测量机检测规划流程，强化测量机检测的效率和质量，提供一点借鉴意义。