孟翔鵬

摘 要：飛機(jī)制造裝配過程中為滿足精密嚴(yán)格的制造要求，需要對各部位零件、部件進(jìn)行幾何形狀、公差、材料變形、強(qiáng)度等一系列檢測，以達(dá)到生產(chǎn)要求。同時在制造階段我們需要通過這些數(shù)字化檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步與設(shè)計三維數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析比對，尋找適應(yīng)生產(chǎn)要求的最佳設(shè)計解決方案。文章通過介紹便攜式三坐標(biāo)測量儀的相關(guān)應(yīng)用原理，使用過程等，提出全新的逆向掃描數(shù)據(jù)與實(shí)際零部件的坐標(biāo)對齊方式，進(jìn)而完成掃描數(shù)據(jù)與設(shè)計三維數(shù)模的比對分析，為設(shè)計制造過程提供必要的檢測依據(jù)。

關(guān)鍵詞：逆向掃描；HandyPROBE；光筆；靶點(diǎn)；Metrolog；C-track

中圖分類號：TH72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0064-02

引言

目前國內(nèi)飛機(jī)裝配定位仍然以型架為主，通過定位裝置對飛機(jī)站位基準(zhǔn)進(jìn)行定位，但在裝配過程中仍然存在較多定位不準(zhǔn)、不協(xié)調(diào)的問題。因此，通過逆向技術(shù)手段解決此類問題是目前較為主流的解決方案之一，通過逆向掃描和檢測設(shè)備，能夠?qū)Σ考M(jìn)行數(shù)字化實(shí)際狀態(tài)重構(gòu)，通過與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，找到問題產(chǎn)生原因，解決部件裝配質(zhì)量問題，從而不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。

目前，以激光跟蹤儀、激光雷達(dá)、IGPS（IndoorGlobal Positioning System）、攝影測量、便攜式坐標(biāo)測量（Portable Coordinate Measurement Ma-chine，PCMM）等為代表的零部件光電檢測方法發(fā)展十分迅猛，在飛機(jī)整體生產(chǎn)裝配過程中扮演著越來越重要的角色，但以上設(shè)備和方法在較為復(fù)雜的裝配環(huán)境下都存在一定的局限性，無法對形狀復(fù)雜、幾何特征多的部件進(jìn)行檢測，缺少有效地實(shí)物與理論的檢測對比。根據(jù)實(shí)際情況分析和篩選，三坐標(biāo)測量儀配合逆向掃描設(shè)備及相關(guān)處理軟件能夠較為全面的完成包括逆向數(shù)據(jù)采集、逆向檢測、逆向數(shù)據(jù)結(jié)果分析等功能，能夠滿足當(dāng)前條件下的檢測要求。其中被測物與設(shè)備測量空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是其中最為關(guān)鍵的一環(huán)，只有兩者坐標(biāo)重合，相關(guān)檢測結(jié)果才能被使用。

本文將著重介紹三坐標(biāo)測量儀在檢測過程中的幾種空間坐標(biāo)對齊方法，以滿足不同條件下的零部件檢測需求。

1 相關(guān)設(shè)備軟件介紹

便攜式三坐標(biāo)測量儀，是一種用來實(shí)現(xiàn)形狀位置公差檢測的手持式逆向檢測設(shè)備。由HandyPROBE手持式三坐標(biāo)測量儀，C-TRACK數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)接口盒，處理軟件Metrology等部件組成，最后采用CATIA軟件進(jìn)行檢測結(jié)果分析。

2 坐標(biāo)對齊方法

通過掃描設(shè)備獲取被掃描件數(shù)據(jù)后，需要將被掃描件和設(shè)備空間坐標(biāo)進(jìn)行對齊重合，根據(jù)被掃描件的特征和實(shí)際情況，可分為三點(diǎn)對齊法、兩點(diǎn)一面對齊法和掃描定位點(diǎn)對齊法。

2.1 三點(diǎn)對齊

利用被掃描件本身的三個不處于同一直線上的點(diǎn)進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)兩個空間的坐標(biāo)對接。但通常情況下，三點(diǎn)特征需要通過其他幾何特征間接獲得，如圓錐、圓柱、棱線交點(diǎn)等特征的中心，通過構(gòu)造命令，實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)對齊中點(diǎn)的提取要求。

對于無法通過提取幾何特征得到坐標(biāo)對齊三點(diǎn)的被掃描件，可以人工添加幾何特征實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位的提取。本文采取的辦法是利用三個圓柱形靶點(diǎn)代替原始幾何特征，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)空間對齊。具體過程如下：

（1）將三個圓柱形靶點(diǎn)按近似非等腰直角三角形的形狀放置于被測物之上，將靶點(diǎn)與被測物一同進(jìn)行逆向掃描。

（2）使用CATIA軟件中的QSR和DSE逆向模塊對圓柱形靶點(diǎn)進(jìn)行逆向建模。

（3）使用逆向檢測軟件Metrolog導(dǎo)入靶點(diǎn)模型，使用“創(chuàng)建圓——測量”命令，依次選擇圓柱形靶點(diǎn)頂面3點(diǎn)和測量3點(diǎn)，自動生成圓柱端面圓分別命名為CIR1，CIR2，CIR3。

（4）在逆向檢測軟件中的坐標(biāo)對齊方式選擇“三點(diǎn)對齊”命令，依次選擇CIR1，CIR2，CIR3，點(diǎn)擊確認(rèn)，完成兩者空間坐標(biāo)對齊。

2.2 一面兩點(diǎn)對齊

如圖1所示，該零件具備兩處圓柱形定位基準(zhǔn)，且對應(yīng)基準(zhǔn)面為平面，此類零件的檢測方法可以采用兩點(diǎn)一面坐標(biāo)對齊方式完成。

圖1 被測零件掃描結(jié)果

通過三坐標(biāo)測量儀提取了包括圓柱基準(zhǔn)、腹板面、定位標(biāo)點(diǎn)等信息，坐標(biāo)對齊具體過程為：

（1）使用三坐標(biāo)測量儀提取相關(guān)基準(zhǔn)信息，即兩個定位點(diǎn)和一個腹板面。

（2）將新創(chuàng)建的基準(zhǔn)信息重新定義空間坐標(biāo)位置，雙擊基準(zhǔn)信息，在命令框中為創(chuàng)建的基準(zhǔn)信息添加CAD模型的對應(yīng)基準(zhǔn)坐標(biāo)信息。

（3）在軟件內(nèi)選擇兩點(diǎn)一面坐標(biāo)對齊命令，完成坐標(biāo)對齊。

如圖2中點(diǎn)位即為三坐標(biāo)測量提取的測量點(diǎn)位，待CAD模型與測量點(diǎn)位空間坐標(biāo)重合后，即可檢測具體偏差數(shù)值。需要注意的是，三坐標(biāo)測量儀的定位標(biāo)點(diǎn)在選擇時，應(yīng)使用動態(tài)模式，這樣無論如何移動被測零件，定位標(biāo)點(diǎn)與被測零件空間相對位置都不會發(fā)生變化，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確。

2.3 定位標(biāo)點(diǎn)對齊

在無法得到被測零件表面的定位標(biāo)點(diǎn)或標(biāo)點(diǎn)出現(xiàn)脫落時，可以采用前面提到的方法進(jìn)行坐標(biāo)對齊，但過程相對復(fù)雜。當(dāng)可以通過逆向掃描設(shè)備獲得定位標(biāo)點(diǎn)時，可以使用定位標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)對齊法，快速完成坐標(biāo)對齊。具體過程如下：

（1）在掃描實(shí)物完成后，將定位標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)出并保存。

（2）打開Metrolog，在右側(cè)設(shè)備圖標(biāo)位置鼠標(biāo)右擊選擇“打開定位標(biāo)點(diǎn)”，選擇已經(jīng)獲得的定位標(biāo)點(diǎn)文件，確定后即可完成坐標(biāo)對齊。

3 CATIA逆向模塊分析

通過以上坐標(biāo)對齊方法，能夠?qū)崿F(xiàn)被測實(shí)物與檢測設(shè)備的空間重合，這是逆向檢測方法極為重要的一環(huán)，但后續(xù)的檢測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的全面分析才是為制造生產(chǎn)部門所需要的，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工工藝的提升、裝配質(zhì)量的改善。如圖3所示，該零件中間部分負(fù)差較高，部分位置超過2mm，邊角處正差較高，最大達(dá)到13mm。

4 結(jié)束語

本文從三坐標(biāo)測量儀入手，根據(jù)生產(chǎn)加工實(shí)際需求，提出了針對不同類型零件和條件的空間坐標(biāo)對齊方法，將逆向掃描、逆向檢測、逆向?qū)Ρ确治龅娜鞒檀蛲ǎ瑪U(kuò)大了逆向檢測的應(yīng)用范圍，并有效改善了檢測精度，滿足了生產(chǎn)裝配需求，為改進(jìn)生產(chǎn)流程，提升工藝質(zhì)量提供了必要的依據(jù)。

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