PC-DIMS中CAD数模坐标转换实例解析

卢志强　金晶

摘要：本文讲述在PC-DIMS中导入CAD数模并转换坐标系输出报告的问题

关键词：机器坐标系  工件坐标系  坐标转换  点坐标  构造平面

我单位目前使用的海克斯康桥式三坐标测量机，在WINXP操作系统下，使用PC-DIMS CAD 2010测量软件，配置了读取PRO/E等制图软件的功能。在检测过程中会遇到外形尺寸很复杂的工件，如果使用传统的手动测量方法是无法实现的，因为被检测工件轮廓曲线是普通游标卡尺无法测量的，其形状位置公差没有办法评价，因此，在导入三维数模以后，使用测量软件中的扫描功能可以正确快速的实现坐标以及其它被测要素的输出。

一.CAD数模中坐标系的确定

图一所示是某公司送检的检具工装，首先我们需要在绘图软件中确定工件的坐标原因为在没有导入数模之前，我们无法确定工件坐标系，怎样正确摆放被测工件也不太清楚，因此通过导入数模如（图一），我们就可以与之相对应，方便接下来的测量，图一中所示的“工件坐标”是我们需要对此进行检测的建立的坐标位置，这个坐标原点很容易实现，运用“3-2-1”法建立工件坐标系，手动采集特征要素，按照建立坐标系规则进行选择后，然后点击“CAD=工件”，最终点击“确定”，这就完成了工件拟合了。

二.通过CAD数模求点坐标

图二所示的是工件在PRO/E软件下的三维模型，要求测量的尺寸依次是PNT1，PNT2，PNT3…PNT7等7个点（与“点1”等7点是对应关系），表一是设计要求的PNT1，PNT2…等7个点的理论坐标位置，也就是要以PNT1点为坐标原点的理论坐标值，设计要求实测值和理论值的偏差在“正负1毫米”。图三是经过三坐标测量后点的位置，它的坐标原点如图所示，并不是PNT1这个点。但是三坐标测量出来的结果如表二，和设计要求的坐标值相差甚远，原因就在于工件坐标系发生变化，工件坐标系按设计要求应改为PNT1，这就需要我们用坐标转换来判定这些点实测值。

但是PNT1这个点矢量方向并不确定，设计要求中没有注明，这让我们犯了难，我采用第一种方法：重新建立坐标系，将工件坐标原点平移到PNT1点，将坐标原点设置成X0，YO，Z0得出的结果如表三所示，结果也差的很远，以PNT1为坐标原点，其它6个点都不是设计要求可以接受范围的值，所以这种方法求这些点的实测值是错误的，只能另辟蹊径想其它的方法。

三.工件坐标系的转换

经过长时间思考，我们发现设计给出的PNT1，PNT2，PNT3三个理论点有一定的规律（见表一）。PNT1的X，Y，Z坐标值都是0，PNT2的Y，Z坐标值是0，PNT3的Z坐标是0，说明这3个点都在一个平面，且Z坐標为0，根据“3-2-1”建坐标系法则，就可以确定Z平面，PNT1，PNT2的Y坐标是0，PNT2的X 的坐标值可以判定其两点连线确定X轴的方向，原点为PNT1，这样就建立了转换后工件的坐标系（注：PNT1，PNT2，PNT3是在PRO/E设计原图中标注的理论点坐标值，不是三坐标测量出来的实测值）。图四所示的是坐标系转换后的CAD模型，我们可以清楚的看到工件坐标系已经建立在点1（PNT1）上，然后依照这个方法输出报告，如表四所示，实测点1，点2，点3的坐标值分别为（-0.2773，-0.0636，0.5786），（-103.5048，-0.0140，0.5338），（-103.5972，86.3945，0.5246）输出的结果基本上是与设计要求对应了，也都在设计要求的公差范围内，因此，我们判定工件坐标系建立是正确的，输出点的坐标值为被检测工件的实测值。

以上这是个典型案例，设计给出的转换后的理论坐标点有一定的特征。如果给出的理论坐标值不管是哪个方向都不在同一个平面呢，那么以上的特定方法就不适用了，因此，要编写坐标转换程序，能包容特定测量方法。我在没有转换坐标系前选取三个点，这三个点辐射面能包含被检测工件的最大外形尺寸（检具的长，宽为≤400，≤300），如图五所示：

在工件坐标系下我们取三个特征点，分别为（400，0，0），（0，0，0）（0，300，0）即分别A1坐标系三个点， ，A，O，B三点在A2坐标系下得出的理论值

A’O’B’坐标值可以通过数模中的三个已知点建立坐标系，建立坐标系的依据是A1坐标系下得到的点1，点2，点3的理论值（建立坐标系必须是理论值） 这三点的理论坐标值一定是在转换坐标系A2下同一平面上的，通过点1，点2，点3在空间的坐标值以及三点所构成坐标所指的矢量方向可以判断坐标轴的方向，这就构成了建立A2坐标系的要素，通过坐标拟合将A’O’B’三个特征点与点1，点2，点3矢量统一，根据“面-线-点”原则建立A2，A’O’B’通过三维数模的点坐标读取是比较很好实现的，设计一旦给出此三点转换后坐标就可以通过以上坐标转换关系得到转换后的坐标系。值得注意的是往往转换坐标系前测量的理论值是没有特征的，没有规律的，那就需要我们去构造一个特征平面所需的坐标点，而且要包容工件的外形尺寸，这样建立坐标误差会小，输出真实报告。

四.结论

我们在测量工件输出报告后，如果输出的实测值与被测工件要求测量的理论值有很大出入的时候，那就说明我们所建立的工件坐标系不符合被测要求，这需要我们想办法去找到坐标转换的关系，结果表明用这样的转换方法可以解决很多问题，是实现坐标转换通用的转换关系式。