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三坐标测量机 |
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三坐标测量程序中路径控制点规划策略 |
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作者：魏双羽 白跃伟 徐海卫 |
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引言
现有三坐标测量机(Coordination Measuring Machine, CMM)软件系统(如美国Virtual DMIS,法国Metrolog II软件系统等)在规划测量路径时，大多采用人机交互、自动记录操作过程，然后通过重播的方式实现多件零件重复测量的问题。但是，在自动生成DMIS测量程序方面，这些系统则存在如下问题：1)根据CAD模型中的几何尺寸和公差定义，自动识别并定义待测对象较为困难：2)实现测量路径中控制点的管理，以高效生成可行的测头行走路径比较困难。由于路径控制点是控制测头行走轨迹的重要参数，它直接关系到测头行走路径规划方案是否合理，以及是否能确保测头不与零件发生碰撞干涉，本文针对离线模式下如何开展DMIS测量程序自动规划问题，提出了利用构造参数平面的方法来管理路径插人点的方法，结合有效的无碰撞干涉路径生成策略，探索了解决测量路径控制点管理问题的方法，取得了初步成果。
1 测量点集管理
1.1 测量路径控制点的管理
测量路径控制可用图1所示的实例说明。图中MP(Measuring Point)为测量点，CP(Control Point)为控制点。其中，图1(a)中测头的行走轨迹为MP1→CP1→CP2→MP2，可以正常测量；图1(b)中测头行走轨迹为MP1→CP1→CP2→MP2，测头与零件将发生碰撞干涉，不能正常测量；图1(c)中的测头行走MP1→CP1→CP2→CP3→CP4→MP2，插人了控制点，避免了碰撞干涉情况。
图1.测头行走路径中的控制点实例
为了解决测量路径控制点管理，采用了构建测量位置点所在参数平面的管理方法，即首先根据测头位置点(Position Point, PP)建立一个参数平面，然后在这个参数平面上插人所需的轨迹控制点。这样，既可以使得控制点算法简单，也能够有效规划路径。例如，在图2测头行走路径控制管理示例中，测量对象是4个异面孔{孔1，孔2，孔3，孔4}，即在孔的圆柱面采集测量点。在测量路径规划中，首先，根据孔元素的可测性，系统根据CAD模型信息，可以获得4组测头PP位置点，即{PP1，PP2}，{PP3 ，PP4}，{PP5,PP6}，{PP7,PP8}。然后，在参数平面中，根据无碰撞干涉原则，插人控制点。这样，系统就可以得出4组连续运动的行走轨迹段，即PP1→PP2→CP1→CP2→PP3→PP4 ，PP4→PP3→CP2→CP3→PP5→PP6，PP6→PP5→CP3→CP4→PP7→PP8， PP8→PP7→CP4
图2.测头行走路径控制点管理
1.2 测量轨迹点的排序算法
系统根据CAD模型信息和数据获取到测量元素，并形成测量位置点PP集合后，系统仍然对这些 PP点的顺序是未知的，它们只是杂乱无章地存放在系统内存中。本文采用了邮差最短路径算法，在保证无碰撞干涉的前提下，保证测量路径最优。具体排序算法见图3。其中，图中虚框内的算法可以概述如下。
1)根据待测元素及其法矢，进行分类整理。
a遍历待测元素集合；
b获取待测元素的方向法矢(如平面取面法矢，圆柱／孔取轴线等)；
C将两两待测元素的方向法矢的夹角小于的统一存储至一个数组，作为同侧面(或同方向)待测对象组。
d如遍历完成，则跳出循环至2)；否则，跳至a继续。
2)对每组同侧面的待测对象进行排序
a取一组同侧面上的待测对象；
b根据元素定位点坐标进行排序，并将结果保存；
c如待测对象排序完成，继续d；否则，跳至a继续进行排序；
d根据分层计算碰撞干涉的策略，对相邻两测量路径点进行碰撞干涉判断；
e如果发生干涉，则在干涉点处，按照路径控制点管理方法插入CP点；否则继续下一组；
f如果碰撞干涉检查完成，则将结果保存后继续；否则，跳至d；
g建立一组可行的候选测量路径方案集合，并存储；
h计算各方案的路径值，选取最短的距离，结束同侧待测对象排序。
图3.测量轨迹点排序算法流程图
3)对各异面候选路径进行统一排序
a根据异面法矢，查找相邻面，然后将其作为连续测量侧；
b在两两连续测量侧上，查找相邻控制点，建立相邻测量侧的连续运动轨迹；
c进行碰撞干涉计算，判断相邻测量侧的连续运动是否有干涉；
d如果存在，按照轨迹控制点管理方法，插入CP点，保存结果；否则继续。
4)形成一个完整的连续测量路径方案、存储方案后结束。
2 测量路径干涉检查
通常判断碰撞干涉是基于实体模型的，它是有基于对多个静止模型进行求交，以检查是否碰撞干涉；通常计算是根据模型移动至不同位置时来建立求交计算对象的，因此，如果将计算时间间隔设置很小，系统将面临很大的计算负荷；但是如果将计算的时间间隔设置过大，又会产生意外干涉。综合上述分析，本文采用的是Yau和Meng提出本地可测锥体(local accessibility cones，LAC)来实现分层规划。它的解决思路是分层检查测尖、测针和测头与零件的干涉情况，利用启发式算法来解决CMM路径规划中的问题。其中，首先决定测尖的行走轨迹问题，如果在这个阶段发现有碰撞情况，则立即进行轨迹修正，而不继续路径规划；其次，要检测针部件体与零件外形的干涉情况；最后检查测头部件与零件的干涉情况。这样，可以大大降低系统关于碰撞干涉计算的时间开销。由于篇幅所限，这里不详细阐述碰撞干涉检查的详细内容。关于具体算法，可参阅有关的文献。(end)
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(8/13/2009) |
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