PDF《图1 图2 图3》

图1图2图3图4图5图6b) 曲面点 曲面点是用于定义标称点位置以及 CMM 将用来测量所定义点的标称逼近方向.

曲面点与矢量 点主要区别在于:矢量点逼近矢量与理论矢量一致,如果曲面点设定样例点为 0,则曲面面的测量 方法与矢量点一致;

如果曲面点设定样例点为 3,则曲面点逼近矢量是通过样例点计算出的实际矢 量方向.曲面点主要运用在点的理论矢量未知或点的理论矢量与实际矢量偏差较大的情况下,目 前在车身钣金件测量中运用较少,相关对话框如图

2 所示. c) 棱点 棱点是用于定义将在零件棱上进行的点测量,可用于车身钣金件中切边点测量.相关对话框 如图

3 所示 d) 角点 角点是用于定义对两条测定直线交点的测量,车身钣金件测量中运用较少,相关对话框如图

4 所示. e) 隅角点 隅角点是用于定义对三个测点平面交点的测量,车身钣金件测量中运用较少,相关对话框如 图5所示. f) 高点 高点是用于搜索用户定义的区域,以查找当前工作平面中的最高点.车身钣金件测量中运用 较少,相关对话框如图

6 所示. 限于篇幅,本文不一一解释说明以上自动创建点对话框各个选项与参数设定的意义,详细可以参 考PC-DIMS 手册 g) 自动点 除了以上

6 种自动创建点的测量方法外,另外还有一种点的测量方法――自动点.自动点测 量方法,通常受到如下

3 个约束条件:第一,被测量对象有 3D 数模;

第二;

测点无严格的理论值, 只被粗略限定在某一区域;

第三,自由型面相对简单,测点主控方向明显.自动点原理是从 CAD 数模上找到实测点位置最近的点作为理论值.对于关节臂等手动测量设备,往往成为型面点测量 的唯一选择. 自动点的优点是方便快捷,缺点是在某些特定情况下测量结果不可靠,这种不可靠主要来源 于2个方面,第一,由于车身钣金件较薄,而实际偏差较大,查找理论面发生错误.第二,由于 曲面局部曲率变化大,而实际偏差较大,查找理论点发生错位.自动点测量方法对于自动测量机 运用较少. h) 构造点 构造点是通过已有测量元素,间接计算出的虚点或实点.常见的构造点包括套用点、角点、 垂点、交点、中点、偏置点、原点、刺穿点、投影点(如图 7) .某些自动特征点也可以采用构造 法,如隅角点. 图7PC-DIMS 软件功能全面,已经考虑到常见点的测量,尤其是自动特征选项,可以针对实际情况采取 不同的测量方案.但车身钣金件中除了常见的曲面点外,还有一类特殊的点:包边点、筋线点、切边 点. i) 包边点 包边工艺在车身制造中广泛运用,主要用在四门两盖、轮罩、天窗等区域,是一种特殊的折弯制 造工艺(如图 8) .包边线轮廓度是衡量包边质量好坏的重要指标.包边线轮廓度是由包边圆角间隙矢 量方向最高点连成的空间曲线.测量包边线轮廓度,相当于点对线触测,任何偏离最高点的测量均可 能产生误差. 图8图9图10 j) 筋线点 筋线在车身中大量存在,主要特征为不同的型面以圆弧过渡连接,一般圆弧两侧型面为焊接面或 外观匹配面(如图 9) . k) 切边点 切边是车身钣金件固有的特征,钣金件制造中的分离工艺,如落料、冲孔、剪切等必然会形成轮 廓边线(如图 10) . 这3类特征测量既有共之处,也有不同之处.共同点是这些特征均需

2 个相互位置固定的点才能 准确表述其偏差.不同点是包边点一侧为型面(测量点统称面差点) ,另一侧为圆弧(测量点统称间隙 点) ;

筋线点两侧均为型面;

切边点一侧为型面,另一侧为窄面. 基于这些特征共同点,并考虑到制造误差的存在,如果需要准确测量这些特征点,不能仅仅在绝 对基准坐标系下直接测量,而是必须以绝对坐标系为基础建立相对坐标系,且根据一点测量结果校正 另一个点的测量位置,通过反复多次测量,才能保证

2 点间实际相对位置无限接近理论相对位置.理 论上越多的循环次数,测量结果越精确.实践证明,在面差点测量

3 次,在间隙点测量

2 次后,精度 与效率最佳,这种测量方法简称为 2.5 次迭代法,其DIMS 标准模块程序段如下: COMMENT/DOC,NO,标准模块- COMMENT/DOC,NO,R000000AA/R000000BA COMMENT/DOC,NO,FLUSH POINT ASSIGN/MFP = R000000AA ASSIGN/MFXX =

000000000000000 ASSIGN/MFYY =

000000000000000 ASSIGN/MFZZ =

000000000000000 ASSIGN/MFII =

000000000000000 ASSIGN/MFJJ =

000000000000000 ASSIGN/MFKK =

000000000000001 COMMENT/DOC,NO,GAP POINT ASSIGN/MGP = R000000BA ASSIGN/MGXX =

000000000000000 ASSIGN/MGYY =

000000000000000 ASSIGN/MGZZ =

000000000000000 ASSIGN/MGII =

000000000000000 ASSIGN/MGJJ =

000000000000000 ASSIGN/MGKK =

000000000000001 ASSIGN/MV00 =

0 ASSIGN/AVOIDANCE =

10 MFP1 =AUTO/VECTOR POINT,SHOWALLPARAMS = YES THEO/MFXX,MFYY,MFZZ,MFII,MFJJ,MFKK ACTL/0,0,0,0,0,1 TARG/MFXX,MFYY,MFZZ,MFII,MFJJ,MFKK THEO_THICKNESS = 0,RECT,SNAP = NO,$ AUTO MOVE = BOTH,DISTANCE = AVOIDANCE M_ALN_1 =ALIGNMENT/START,RECALL:PCS, LIST= YES ALIGNMENT/TRANS,XAXIS,MFP1 ALIGNMENT/TRANS,YAXIS,MFP1 ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS,MFP1 ALIGNMENT/END MFG1 =AUTO/VECTOR POINT,SHOWALLPARAMS = YES THEO/MGXX-MFXX,MGYY-MFYY,MGZZ-MFZZ,MGII,MGJJ,MGKK ACTL/0,0,0,0,0,1 TARG/MGXX-MFXX,MGYY-MFYY,MGZZ-MFZZ,MGII,MGJJ,MGKK THEO_THICKNESS = 0,RECT,SNAP = NO,$ AUTO MOVE = BOTH,DISTANCE = AVOIDANCE M_ALN_2 =ALIGNMENT/START,RECALL:M_ALN_1, LIST= YES ALIGNMENT/TRANS,XAXIS,MFG1 ALIGNMENT/TRANS,YAXIS,MFG1 ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS,MFG1 ALIGNMENT/END MFP2 =AUTO/VECTOR POINT,SHOWALLPARAMS = YES THEO/MFXX-MGXX,MFYY-MGYY,MFZZ-MGZZ,MFII,MFJJ,MFKK ACTL/0,0,0,0,0,1 TARG/MFXX-MGXX,MFYY-MGYY,MFZZ-MGZZ,MFII,MFJJ,MFKK THEO_THICKNESS = 0,RECT,SNAP = NO,$ AUTO MOVE = BOTH,DISTANCE = AVOIDANCE M_ALN_3 =ALIGNMENT/START,RECALL:M_ALN_2, LIST= YES ALIGNMENT/TRANS,XAXIS,MFP2 ALIGNMENT/TRANS,YAXIS,MFP2 ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS,MFP2 ALIGNMENT/END MGP2 =AUTO/VECTOR POINT,SHOWALLPARAMS = YES THEO/MGXX-MFXX,MGYY-MFYY,MGZZ-MFZZ,MGII,MGJJ,MGKK ACTL/0,0,0,0,0,1 TARG/MGXX-MFXX,MGYY-MFYY,MGZZ-MFZZ,MGII,MGJJ,MGKK THEO_THICKNESS = 0,RECT,SNAP = NO,$ AUTO MOVE = BOTH,DISTANCE = AVOIDANCE M_ALN_4 =ALIGNMENT/START,RECALL:M_ALN_3, LIST= YES ALIGNMENT/TRANS,XAXIS,MGP2 ALIGNMENT/TRANS,YAXIS,MGP2 ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS,MGP2 ALIGNMENT/END MFP3 =AUTO/VECTOR POINT,SHOWALLPARAMS = YES THEO/MFXX-MGXX,MFYY-MGYY,MFZZ-MGZZ,MFII,MFJJ,MFKK ACTL/0,0,0,0,0,1 TARG/MFXX-MGXX,MFYY-MGYY,MFZZ-MGZZ,MFII,MFJJ,MFKK THEO_THICKNESS = 0,RECT,SNAP = NO,$ AUTO MOVE = BOTH,DISTANCE = AVOIDANCE RECALL/ALIGNMENT,INTERNAL,PCS MFP =FEAT/POINT,RECT THEO/MFXX,MFYY,MFZZ,MFII,MFJJ,MFKK ACTL/0,0,0,0,0,1 CONSTR/POINT,CAST,MFP3 MGP =FEAT/POINT,RECT THEO/MGXX,MGYY,MGZZ,MGII,MGJJ,MGKK ACTL/0,0,0,0,0,1 CONSTR/POINT,CAST,MGP2 DIM LOC +MFP= LOCATION OF POINT R000000AA UNITS=MM ,$ GRAPH=OFF TEXT=OFF MULT=10.00 OUTPUT=BOTH AX NOMINAL MEAS +TOL -TOL DEV OUTTOL X MFXX 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # Y MFYY 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # Z MFZZ 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # T MV00 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # END OF DIMENSION LOCR000000AA DIM LOC +MGP= LOCATION OF POINT R000000BA UNITS=MM ,$ GRAPH=OFF TEXT=OFF MULT=10.00 OUTPUT=BOTH AX NOMINAL MEAS +TOL -TOL DEV OUTTOL X MGXX 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # Y MGYY 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # Z MGZZ 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # T MV00 0.00 1.00 -1.00 0.00 0.00 # END OF DIMENSION LOCR000000BA 以上标准模块在测量实践中得到广泛的运用,其优点也得到充分的体现:第

一、提高了测量程序编写 效率;

第

二、提升了测量效率;

第

三、提高了测量精度. 3. 点的评价方法 上一节论述了如何根据点的形式,采用合理的测量方案,准确的测量点.但测量出的结果如何评价? 最常见的评价方法是评价 X、Y、Z 三个方向的偏差,但在某些情况下三个方向的偏差评价并不能直接反映 出点的综合偏差,这就必须引入矢量偏差,即T值偏差. 矢量是三坐标测量中广泛运用的概念,但测量中的矢量概念与物理或几何中的矢量存在一些差别,这 给部分三坐标初学者或测量报告阅读者带来一些困扰,并由此产生某些误解,下面就矢量概念进行详细叙 述,使读者更好的理解和利用矢量. 矢量,定义为既有大小又有方向的量.在三坐标测量领域,矢量贯穿于整个测量过程,其中包括坐标 系建立、坐标系转换、元素的测量,元素的构造等各个环节.基本上所有测量元素都赋予矢量概念,如点、 线、面、圆、柱等. 任何存在于某一曲面的点的矢量即为该点切平面的法线, 设点 X0(x0,y0,z0)在曲面 F(x, y, z)=0 上, 而F(x, y, z)在点 X0 处存在连续偏导数,且三个偏导数不同时为零,则曲面 F(x, y, z)=0 在点 X0 处的切平面方程为: . 法线方程为 . 以上纯粹从数学角度说明如何计算某个点的矢量,这也是取得某个点理论矢量的原始依据.在某些情 况下,为直观表示理论点与测量点偏差,测量中我们还习惯形成另外一个矢量,理论点为起始点,测量点 为终止点,矢量方向由起始点指向终止点,矢量大小为两者距离,即T= (其中 , , 分别表示三个方向上的偏差) ,我们暂且把这种偏差称为偏差矢量. 三坐标测量中 T 值偏差是否与偏差矢量是一致的?实际上 T 值偏差定义为在理论法矢量方向上的偏差, 所以如果偏差矢量与理论法矢量不一致,则T值偏差是偏差矢量在理论法矢量上的投影偏差.前面已经叙 述了偏差矢量与 X、Y、Z 三个方向上的偏差的关系,那如何计算 T 值偏差?T 值偏差与 X、Y、Z 三个方向上 的偏差是何种关系? 第一种情况,对于普通矢量点或曲面点,测量时要求逼近矢量与点的法矢量一致(如图 11) ,否则侧头 补偿会产生余弦误差,导致测量结果不准确.此种情况下,偏差矢量必然与 T 值偏差一致. 图11 第二种情况,对于某些其他类型的点,如棱点、筋线点,往往偏差矢量与点的法矢量不一致(如图 12) , 在这种情况下,需要计算偏差矢量在理论法法矢量上的投影,如B是点的法矢量,A 是偏差矢量,则T值偏 差为|A|cosθ (如图 13) . 图12 图13 根据矢量计算规则,两个矢量的点积是个标量,数值上等于其中一个矢量的模与另一个矢量在其上的 投影的乘积.如果一个矢量与一个单位矢量点乘,则其点积等于该矢量在该单位矢量上的投影.所以: |A|cosθ = ,其中 Xa= ,Ya= ,Yb= , Xb,Yb,Zb 为单位法矢量.以上计算方法同样适用于第一种情况情况. 4. 运用案例 了解了 T 值偏差评价方法,在实际测量中合理利用,有助于正确的分析解决问题,指导实际工作. 在车身钣金测量中,笔者更推荐运用 T 值评价方法,主要基于如下理由: 1. 与图纸标注的行为公差一致,符合检测要求 在汽车行业中,形位公差标注方法广泛运用,如点的位置度公差,公差带是直径为公差值 t 的球内 的区域,球公差带的中心点的位置由理论正确尺寸确定.如果将 X、Y、Z 三个方向的公差均设置 为t,则此公差带扩展成球的外接正方体,无形中放大了公差要求. 2. 与检具检测理念一致 虽然三坐标测量在汽车行业广泛运用,但基于测量能力与成本的考虑,传统检具在日常质量监控 中仍然发挥巨大作用.检具对于面的检测设计理念一般是根据零件外型延伸或偏置,这与 T 值偏 差评价的理念是一致的. 3. 与尺寸匹配理念一致 汽车外观的间隙与面差的大小及一致性是衡量整车制造水准的最重要的依据,在汽车内外饰匹配 理论位置 理论法矢量 实际位置 T 值偏差 曲面 法平面 理论位置 实际位置 理论法矢量 偏差矢量 T 值偏差 曲面 法平面 中的间隙与面差的测量和评价,也同样是与 T 值偏差评价的理念是一致的. 需要注意的是 T 值偏差评价方法需要熟悉产品外形特征,即熟悉理论法矢量方向,才能正确判断 出偏差方向.所以某些情况下同时标注 X、Y、Z 三个方向的偏差,有利于辅助判断矢量方向. 5. 结束语 点的测量似乎是三坐标测量中最简单的,但同时又是最重要的.只有深入了解被测量对象的特点, 选择恰当的测量和评价方法,才能得出准确的测量结果. 参考文献 PC-DIMS 参考手册(中册) 海克斯康测量技术(青岛)有限公司 ................