10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.17.054
基于三维数模的零件三坐标检测方法
徐婷，王汉斌
（陕西法士特汽车传动工程研究院工艺研究所，陕西 西安 710019）
摘 要：文章介绍了三坐标测量机的原理，以箱盖为测量对象，围绕三维数模的导入，找正，安全平面设置、特征提取及检测评价、报表输出等多个环节，对基于三维数模的零件三坐标检测方法进行了详细剖析。 关键词：三维CAD数模；三坐标测量机；检测
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)17-143-03
Measuring Method of CMM Based on 3D Model
Xu Ting, Wang Hanbin
( Shaanxi fast automobile transmission engineering research institute, Shaanxi Xi'an 710019 )
Abstract: The article describes the principle of CMM. Taking the cover for example, the measuring technology based on 3D model is analyzed in detail form some key aspects such as data exchange, alignment, clearance plane setting, nominal data acquisition ,element measuring and report output. Keywords: 3D CAD model; CMM; measuring
CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)17-143-03
件坐标系，然后对比捕获得到的零件理论坐标值与检测得到
引言
三坐标测量机主要用于零部件尺寸、形状和位置关系的检测。三坐标测量机的工作原理是在三维可测的空间范围内，通过测头系统探测工件，返回工件表面的点数据，通过软件系统的数算，计算被测的几何尺寸、形状和位置，判断被测对象是否达到图纸的公差要求。三坐标测量机作为一种高精度的通用测量设备在工业生产领域中的使用越来越广泛，也越来越受到生产型企业的重视[1]。随着三维软件的发展，CAD功能被应用到三坐标测量中。
的工件实际坐标值，最后输出测量结果。基于三维数模的三坐标检测流程如图1所示。
1 基于三维数模的零件三坐标检测
基于三维数模的三坐标检测方法是把零部件的3D模型导入到测量软件中，通过坐标系对齐，找正机器坐标系和工
作者简介：徐婷，硕士，就职于陕西法士特汽车传动工程研究院，主要从事汽车变速器相关零件的工艺规划、工装设计、数控编程及加工仿真、检侧等工作。
图1 基于三维数模的三坐标检测流程
1.1 三维数模的导入
利用三维数模进行检测首先要保证数模正确导入到测量软件中[2]。PROE软件生成的模型不能直接输入到测量软件
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中，需将模型通过模型数据交换标准STEP转换后导入。在选择几何元素时，实体模型比线框模型更方便，读入CAD模型后，对模型进行渲染，将CAD线框模型转换到实体状态。 1.2 找正
数模、工件、机床必须建立起一定的关系，才能进行编程和测量。找正的目的就是使工件实际位置、CAD数模、机床坐标系统一起来，将机器坐标系与工件坐标系正确的对齐，mode”，设置偏置量，完成安全平面的设置。偏置量表示安全平面到工具轮廓的距离。图3表示箱盖设置的安全平面。
这是实现自动测量的基础。
（1）正确选择测量基准
测量之前需认真消化图纸及加工工艺，明了设计基准及加工基准，尽可能使测量基准与设计基准、加工基准一致，减少基准不统一带来的测量误差。同时要全面了解要测量的所有要素及其特征。
（2）合理规划工件的装夹方式
实际测量中，需要使数模和工件实际摆放位置重合，为避免实际操作中机床与工件干涉，必须合理规划工件在三坐标工作台上的安放方式、位置。根据零件的形状、结构特点、尺寸大小及测量要求，合理选择装夹方法，将零件装夹在测量机的有效行程内。工件摆放位置尽量保持与机器坐标系平行，便于多方位的数据采集，尽可能在一次装夹中完成所有被测要素的测量，以减少多次装夹误差对测量结果的影响。 （3）建立工件坐标系
数模是按照造型的绝对坐标系导入到测量软件中的，为了使数模和工件实际摆放位置重合，需将机器坐标系与工件坐标系保持一致。对于箱体类零件，通常采用3-2-1法[3,4]建立工件坐标系，利用面、线、点特征来确定坐标轴位置和坐标原点，通过这个工件坐标系来实现工件找正。
图2 箱盖工件坐标系
箱盖利用3-2-1法找正，根据图纸设计基准及加工基准，在数模上直接提取测量基准元素，然后根据需要构造连接两圆中心的直线，取C面为主基准，面C的法向矢量作为Y轴；孔E与孔A连线在C面上的投影为X 轴，孔E圆心为X、Z轴原点、Y轴原点在C面上。如图2所示。 1.3 设置安全平面
在CNC运行中，必须预先设置好安全平面。导入CAD三维数模后，可以直接选择“clearance planes form CAD
图3 箱盖的安全平面设置
1.4 特征提取及检测
当三维数模导入测量软件并与工件对齐后，工件理论值的获取就比较简单。对于圆等特征，软件只需要从CAD三维数模上选取识别特征，便可直接对元素理论数值进行提取。然后定义特征元素的测量策略，如调整探针的测量高度，采点数目等。针对不同的测量元素可以创建相应的公差评定，如直径公差、平面度公差、圆度公差、位置度公差等。机器可以根据导入的三维模型进行自动的程序编制，指导设备运动到特征的理论值位置进行数据测量。 1.5 报表输出
在坐标系、安全平面和特征都定义好之后，将工件安放在机器工作台上即可进行测量。测量机依据程序引导自动寻找特征并在工件实物上测量，比较零件数模的理论值与实际测量值之间的差异，然后将结果导入到制定的输出报告中，获得带有测量结果的可打印输出的报告。图4为箱盖部分测量结果。
图4 箱盖部分部分测量结果
2 基于三维数模的检测方法优点
利用三维数模对工件进行检测成为三坐标测量技术发展的趋势，与以往的零件三坐标测量方法相比，其优势主要体现在以下两个方面。
1）脱机编程
传统自学习编程方式需要测量人员在实际工件上取点，必须等产品加工完成后才能编写测量程序，效率低。基于三维数模的检测方法可在脱机状态下对三维数模进行编程，无论生产是否进行，只要将三维数模输入到测量软件中，便可进行编程，工件加工完成后可直接实施测量，提高生产效率。
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2）自动提取模型理论值
徐婷 等：基于三维数模的零件三坐标检测方法 145
标检测将给三坐标测量机带来更大的使用空间，对其推广应用意义重大。
传统方式必须手动输入几何元素的理论值，再和实测值进行比较。基于三维模型的检测方法，导入3D模型后可以直接得到设计要求的理论值，不需手工逐个输入，降低检测人员的劳动强度，减少出错率。
参考文献
[1] 李贤义,付建中,陈俊龙等.三坐标测量机对零件形位误差的测量
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[2] 褚晓雯,宫爱红,周学良.基于三维数模的检测技术应用研究[J].湖
北汽车工业学院学报,2009（23）:38-40.
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学院学报,2015(18):56-59.
[4] 王永辉,方剑涛.基于CATIA数模的三坐标测量及在线监测探讨
与实践[J].机械设计与制造,2005（7）:54-56.
5 结束语
本文介绍了三坐标测量的原理，阐述了基于三维数模的零件三坐标检测过程，以减速机箱盖为检测对象，对基于三维数模的零件检测中数模导入、找正、安全平面设置、特征提取及检测、报表输出等环节进行了剖析。三坐标测量机在生产应用中将朝着智能化的方向发展，基于三维数模的三坐
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调查的4项内容，每一项都有大约一半的人会受到外界环境的影响。
（2）充分考虑消费者的需求：新能源汽车是消费者用于代步的工具，消费者比较关心汽车的性能和使用的便利性，新能源汽车的续航里程和充电设施的便利性是影响消费者购买的重要因素。此外，售后环节也是消费者比较关心的，售后环节包括：售后维修、维护保养、保险、电池回收等等。
（3）加大新能源汽车的宣传推广力度：针对消费者对新能源汽车了解不深的现状，充分利用现代技术，加大宣传和推广力度，通过平面媒体、网络媒体、电视广播媒体、车展及厂家推销等多种途径进行宣传。宣传内容包括成熟的技术、配套设施、售后服务、相关、行业国家标准等等。
3 研究结论及建议
3.1 研究结论
通过调研、样本交叉分析，可以得到如下结论：（1）年龄在18-35岁之间的人，更愿意了解新能源汽车，购买欲望更强烈，本科及以上学历的人，对新能源汽车的了解相对多一些；（2）市民们对新能源汽车的了解还不够深入，对于新能源汽车的技术可靠性、后续充电和维护保养费用等方面存有疑虑；（3）新能源汽车的价格偏高，与传统汽车相比，更多的人看到的是传统汽车的初次购买价格优势，所以需要加大宣传力度；（4）50%左右的人，在购车时会受到社会环境的影响。 3.2 建议
（1）发挥新能源汽车的公共领域示范作用：可以在淮安市的公共交通领域率先使用新能源汽车，例如：公交车、出租车、游览观光车等等，并在这些车上醒目的张贴新能源汽车标志；鼓励4S店及维修企业的工作人员购买新能源汽车。新能源汽车的广泛使用，会对消费者产生潜移默化的影响，有助于打破消费者对新能源汽车的疑虑。
参考文献
[1] 工信部:新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》(工产业[2016]
第39号).
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[3] 新能源汽车重要汇总((2016.12-2017.1))[J].汽车纵
横,2017.(2):60-63.
[4] 四部委:《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持
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[5] 朱莉妍.气候变化与发展中国家消费行为—低碳经济背景下我国
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