三坐标测量检验技术研究

三坐标测量检验技术研究

柳晓莹,运海萌,王浩渺,杜新未

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

摘要：传统三坐标测量方式存在效率低、检验操作步骤复杂、测量误差较大等缺点。对此，为进一步提高工作效率，提高数字化水平，减少人为误差，缩短工作周期，在简要概述MBD模型的基础上，提出了基于MBD模型的三坐标测量检验方式，并以此为核心创建了更为准确的测量与检验系统。该系统能够按照预先设置的技术要求自动提取结构树，然后自动测量相关指数，计算得出误差参数，通过自动检测明确误差是否在合格范围内。

关键词：三坐标；测量；检验；MBD技术

引言

三坐标测量就是在三维空间内，按照系统给出的数据，借助基于三坐标测量技术创建的系统，对各种几何形状进行测量的方式，是制造业模型加工的重要测量方式之一。近年来国内制造业发展迅速，传统的工作方式，正在向以三维模型为特点的数字化方式转变，基于此，MBD技术渐渐得到大众的认可。传统工作方式存在效率底、误差大等问题，由于大部分都是人工操作，一方面不利于生产进度的提升，另一方面人为操作并非统一标准化，误差率高，后续测量图的绘制繁琐复杂，很容易出现错误。而基于MBD技术的三坐标测量方式，有效改善传统测量短板，在简化操作流程、减少人工成本、提高准确度等方面有了较大提升。

一、三坐标测量技术研究的目的和意义

（一）研究目的

通过对三坐标测量技术的深入研究，可进一步规范和优化零部件测量的布点方法、法矢量检测方法，以提高测量检验的准确性[1]。借助MBD技术创建的三坐标测量与检验系统，能够有效提高零部件数字化测量与检验的精度和质量，该软件几乎可以全面解决传统测量检验工作中的不足。通过对三坐标测量检验技术的研究，能够解决传统测量方式的弊端，最终达到节约人工劳动力，尽可能减少手工操作，实现标准规划化、自动化操作，提升零部件的测量检验水平，避免由于人工操作导致的误差，从而降低零部件制造成本，缩短零部件加工周期，保证企业利润最大化。

（二）研究意义

在数字化制造迅速发展的时代背景下，通过对三坐标测量检验方式的研究，提出于MBD的测量检验技术，实现对零部件准确有效的三坐标测量及检验，对于推动三坐标测量检验技术的进步有巨大推动意义。首先，实现了快速布点，大大提升了布点的效率，减少人工操作，实现了向技术加工的集约型工作方式的转变。其次，有效提高了测量数据的准确率，降低误差的同时实现了测量检测的规范操作。再者，其矢量检测功能降低了设备损坏率，点坐标和矢量值的测量精度更高。最后，能够自动生成高质量的二维测量简图。这些优势都是对传统测量检测方式的优化改进，对于今后零部件测量检测技术的提升有重要的借鉴意义。

二、基于MBD模型的三坐标测量检验技术

三坐标测量与检测作为工业制造的重要技术，在工业信息化进程中有了很大的进步，传统的三坐标测量检验技术大部分流程都是人工操作，程序复杂，人为干涉流程较多[2]。尽管随着三坐标测量仪等仪器整体水平的不断提升，对零部件的测量检验精度有所进步，但由于零件的复杂度不断增加，相关参数数量和精度要求也进一步提升，继而导致工作人员的工作量和工作要求加大。在信息化自动化工业发展背景下，提高三坐标测量检验的效率变得尤为重要。基于MBD三坐标测量检验技术，则有效地升级改善了传统测量检验技术，实现了数据输入输出、提取、对比等流程的规范化管理，有效提高了测量检验的精度和质量，大大提升了检验人员的工作效率。

（一）MBD模型

MBD模型也被称之为数字化产品定义，是采用集成的三维模型方式表达产品信息的方法。MBD模型明确规定了三维模型的尺寸、加工工艺参数和公差标准，实现了对产品的三维数字化信息描述。MBD技术改变了传统的数据传输模式，集产品定义、设计、加工制造、测量、检验等工序为一体，规范了产品测量检验过程的同时，避免了人工操作导致的误差，提高了零部件加工精度，减少了人力成本的投入，有力推动了今后三坐标测量检测自动化技术的进步发展。

（二）基于MBD模型的三坐标测量与检验系统

基于MBD的三坐标测量检验系统实现了三维无图制造零部件的数字化自动化检验。系统从创建检验规范起，就明确了测量布点的规则，进行相关软件的开发，然后通过软件形成测量数据和简图。同时要实现形状公差和位置公差的测量点和测量方式的转换。系统根据不同零部件的几何特征进行测量点的设定，例如对面的平行度、轴线的跳动量、几何间距等进行测量。其中零部件的描述不能直接与测量数值多对比，要通过计算后得出相应的等值，然后进行检验对比。该系统实现了规范化生产，提高了测量检验水平，达到了数字化设备解放劳动力，提高生产率的目的。

基于MBD技术的三坐标测量检测系统要适应当下工业生产使用的硬件配置，同时遵循行业规范。研究指出系统设计要满足以下几点设计原则：一是要满足用户的需求，改善传统测量方式的突出弊端，实现对用户数模的自动化测量检测，同时能够以文档的方式输出测量结果，自动判断零件是否合格；二是要保持系统的完整性和拓展性；三要保证系统的通用性，确保系统能够应用于大部分的行业零部件检测检验操作；四是要确保系统的可靠性和准确性，采用科学的方式保证系统的可使用性；五要保证系统的自主性和外形设计合理性。

按照工作内容的不同，该系统功能主要包括完成检测检验前的准备设置工作、相关数据提取工作、测量数据并数据检验结果、将数据进行行为误差计算、自动检测数据是否合格等五项，具体如下。

第一、测量检验参数设置及有关准备工作。首先针对不同的零部件检测检验对象，要明确其不同的布点规则。其次根据客户的需求，制定预设模块方案，并提供给客户做出选择，按照客户需求进行布点。最后系统根据布点位置自动生成矢量值，产生位置坐标数据和矢量值，为后续测量检验工作做好数据准备。

第二、数据自动提取。该步骤是在MBD技术基础之上，通过系统实现对各类公差数据的自动提取，也可以通过拾取提取结构树的方式对公差数据进行提取，为后续测量和检验结果的输出做准备。

第三、输出测量点矢量值和检验结果。通过自动提取点集和矢量集将零部件的坐标数值和矢量值，通过文本的方式进行输出，然后用户可以通过系统弹出的对话框查看测量检验的相关结果，系统同时也支持检验结果形成不同类型的文档，系统也支持用户随时查看检测检验结果。

第四、测量对象误差计算。系统可以将布点的理论值，与测量形成的三坐标实际数值进行对比。系统按照形位误差算法进行计算，得出具体的形位误差数据。为后续误差对比做好数据准备。

第五、自动检测。系统会根据之前设定的误差标准，对MBD数据集模型提取的公差数值和计算得出误差数值进行对比，并判断计算误差是否在形位公差允许的范围之内，继而最终确定零部件误差是否符合实际要求。

三、结束语

基于MBD技术的三坐标测量检验系统是通过实践，在对不同类型零部件进行测量，并将结果进行分类、整理、归纳基础上创建的，其适应性更广，科学性更高，能有效解决降低人工误差、缩短检测周期、提高零部准确率的目标，对于工业生产、工程建设有一定的实用价值。尽管该系统相对于传统的三坐标测量方式有了很大进步，但依然存在诸多的不足，特别是未来随着信息化、自动化工业进程的加快，三坐标测量检验依然需要优化改善，相信随着科技的不断进步，零部件测量检验会有更大的科学进展。

参考文献

[1]蔺小军, 刘相柱, 王志伟,等. 闭式整体叶盘三坐标测量机检测规划技术研究[J]. 仪器仪表学报, 2013, 34(12):9.

[2]邹德印, 吴帅, 关鑫蕊,等. 三坐标检测技术的高效应用技巧[J]. 国防技术基础, 2018(4):3.