测量几何特征的重要性及方法探讨

任务导入

在三坐标测量中，几何特征的测量有两种：一种是手动测量；另一种是自动测量。本任务将着重介绍自动测量几何特征的方法。

知识链接

1.手动测量几何特征

1）手动测量几何特征的方式

在测量软件中有三种手动测量几何特征的方式。

（1）智能判别模式：在此种模式下，软件会根据测点的位置、矢量与数量等数据自动判断并且拟合几何特征，通常判断结果较为准确，但是对于一些测量范围比较小的特征也会出现判断失误的情况。

（2）替代推测模式：此种模式用于将软件拟合失误但测点数据可用的几何特征转换成实际需要的几何特征。

（3）选择模式：这是最常用的一种模式，推荐使用此种模式进行手动测量，简单地说这种模式就是测什么选什么，这样可以有效避免拟合失误的情况。

2）手动测量几何特征时快捷键的使用

以下为手动测量几何特征时的具体操作与对应的快捷键。

（1）删除点：手操盒上的<DEL.PNT>键或键盘上的<Alt+->组合键。

（2）完成数据采集：手操盒上的<Done>键或键盘上的<End>键。

（3）加移动点：手操盒上的<Print>键或键盘上的<Ctrl+M>组合键。

3）替代推测

PC-DMIS 具有自动判断几何特征的功能，但是有时特征类型不太明确时会出现误判断的情况。例如，一个比较窄的面可能会判断为一条线，这时就可以利用替代推测来进行特征类型的强制转换。具体步骤如下：

（1）将光标置于编辑窗口的被误判的几何特征位置；

（2）从“编辑”→“替代推测”的推测类型中选择期望的特征类型即可（对于转换得到的特征，应将其重新自动运行一次）。

4）手动测量几何特征时的注意事项

使用手动方式（操纵杆方式）测量工件时，需要操作人员具备一定的操作经验，并注意几个方面的问题：

（1）要尽量测量工件的最大范围，合理分布测点位置和测量适当的点数；

（2）测点时的方向要尽量沿着测量点的法向方向，避免测头“打滑”；

（3）测点的速度要控制好，测各点时的速度要一致；

（4）测量时要选择好相应的工作（投影）平面或坐标平面。

2.自动测量几何特征

在自动测量几何特征时，要先切换为自动测量模式，其快捷键如图3-2-2所示。

图3-2-2　自动测量模式的快捷键

生成自动测量几何特征的过程，是操作者在软件界面中输入几何特征的属性参数，或在计算机辅助设计软件（CAD）上选取几何特征，由软件自动读取特征属性，并由程序自动生成测点和运动轨迹的过程。当没有CAD 时，一般根据图纸将相关理论数据按照自动测量几何特征的需要填写到自动特征界面中，程序自动生成移动和测量点，驱动三坐标测量机进行测量；当没有CAD 数据时，工件上一些不方便使用自动测量几何特征命令的测量元素，可以使用手动测量采集几何特征数据，这些手动测量的几何特征在自动测量模式下是可以自动测量的（其前提是给出合理的移动点）。

3.自动测量几何特征命令介绍

自动测量几何特征工具条如图3-2-3所示。

图3-2-3　自动测量几何特征工具条

自动测量几何特征工具条中常用的有“自动矢量点”“自动圆”“自动圆柱”“自动圆锥”“自动球”命令。另外，“自动线”和“自动面”等命令多数情况下不用。

下面重点介绍常用的自动测量几何特征命令，即点、圆、圆柱这三种几何特征的自动测量命令，圆锥与球的自动测量方法参照这三种命令。

1）自动测量矢量点

打开“自动矢量点”命令的方法：选择“插入”→“特征”→“自动”→“矢量点”命令或双击自动测量几何特征工具条中的“自动矢量点”图标，弹出“自动特征[点1]”对话框，如图3-2-4所示。

图3-2-4　“自动特征[点1]”对话框

图3-2-4 中标注的A、B、C、D 4 个区域对应的功能及作用见表3-2-1。创建一个自动矢量点需要在这4 个区域中按顺序进行正确的参数设置，设置完成后单击“创建”按钮即可。

表3-2-1　A、B、C、D 4 个区域对应的功能及作用

2）自动测量圆

打开“自动圆”命令的方法：选择“插入”→“特征”→“自动”→“自动圆”命令或双击自动测量几何特征工具条中的“自动圆”图标，弹出“自动特征[圆9]”对话框，如图3-2-5、图3-2-6、图3-2-7所示。

图3-2-5　“自动特征[圆9]”对话框（1）

图3-2-6　“自动特征[圆9]”对话框（2）

图3-2-7　“自动特征[圆9]”对话框（3）

图3-2-5～图3-2-7 中标注的各区域对应的功能及作用见表3-2-2，其中A～D 4 个区域与图3-2-4 创建自动矢量点的位置相同。创建自动圆需要在表3-2-2 中A～J 共10个区域按顺序进行正确的参数设置，设置完成后单击“创建”按钮即可。

表3-2-2　各区域对应的功能及作用

(www.xing528.com)

续表

在“自动特征[圆9]”对话框的“高级测量选项”选项组中有圆的计算方法，以下为其中各个选项及其含义。

“最小二乘方”选项——所有用来参与计算的圆的点与生成圆的圆心的距离，在沿半径方向上的距离的平方和最小。

“最小间隔”选项——所有用来参与计算的圆的点到所生成圆的距离最小。

“最大内切”选项——生成的圆是一个在所有点之内的圆中最大的圆。这个选项可以用于检测和一个轴相匹配的孔，结果可以将在测量孔中直径最大的轴配合进去。

“最小外接”选项——生成的圆是一个包含所有点的圆中最小的圆。这个选项可以用来检测外圆柱或者与孔相匹配的轴，生成的圆将是匹配轴直径最小的圆。

“固定半径”选项——根据理论半径计算出圆的X、Y、Z 值，因此任何一点到圆周的距离都是最小的。除直径不允许改变之外，这一选项和“最小间隔”选项类似。

3）自动测量圆柱

打开“自动圆柱”命令的方法：选择“插入”→“特征”→“自动”→“自动圆柱”命令或双击自动测量几何特征工具条中的“自动圆柱”图标，弹出如图3-2-8所示的“自动特征[柱体4]”对话框。“自动圆柱”命令与“自动圆”命令很多地方都是相同的，因为圆柱是由多层截面圆构成的，所以圆柱是三维特征，测量时应注意至少需要测量两层截面圆。

图3-2-8　“自动特征[柱体4]”对话框

图3-2-8 中标注的各区域对应的功能及作用见表3-2-3，其中A～H 8 个区域与图3-2-5 创建的自动圆位置相同，详见图3-2-4 和图3-2-5。创建自动圆柱需要在表3-2-3中A～J 共10 个区域按顺序进行正确的参数设置，设置完成后单击“创建”按钮即可。

表3-2-3　各区域对应的功能及作用

续表

4.构造几何特征

在日常的检测过程中有些几何特征无法直接测量得到，必须使用构造功能构造相应的几何特征，才能完成几何特征的评价。下面介绍几种常用的构造方法：最佳拟合、最佳拟合重新补偿、相交、中分、坐标系、偏置等。

1）构造几何特征具体步骤

（1）构造一个需要得到选择的几何特征；

（2）选择2D/3D（对于直线、圆等二维的几何特征，2D 是计算时投影到的工作平面，3D 是空间几何特征；

（3）选择用于构造的几何特征；

（4）选择相应构造方法或默认自动创建。

2）常用的构造方法

（1）点的构造方法有相交、原点、垂射、投影、套用、中点、隅角点、刺穿、偏置等。

（2）线（2D 线、3D 线）的构造方法有坐标轴、最佳拟合、最佳拟合重新补偿、套用、相交、中分、平行、垂直、投影、翻转、扫描段和偏置等。

（3）面的构造方法有坐标轴、最佳拟合、最佳拟合重新补偿、中分面、垂直、平行、高点、偏置、翻转和套用等。

（4）圆（内、外圆）的构造方法有最佳拟合、最佳拟合重新补偿、相交、圆锥、套用、投影、翻转和扫描段等。

3）构造几何特征命令介绍

PC-DMIS 软件中用于构造几何特征常用的有“点”“线”“平面”“圆”命令。

（1）构造点的具体操作。打开“点”命令方法：选择“插入”→“特征”→“构造”→“点”命令或双击构造几何特征工具条中的“点”图标。

PC-DMIS 中有多种方法用于构造各种有用的点，每种方法对所利用的特征类型及数目均有不同的要求，构造点的具体要求及方法含义见表3-2-4。

表3-2-4　构造点的具体要求及方法含义

（2）构造直线的具体操作。打开“直线”命令方法：选择“插入”→“特征”→“构造”→“线”命令或双击构造几何特征工具条中的“直线”图标。

构造直线的具体要求及方法含义见表3-2-5。

表3-2-5　构造直线的具体要求及方法含义

（3）构造平面的具体操作。打开“平面”命令方法：选择“插入”→“特征”→“构造”→“平面”命令或双击构造几何特征工具条中的“平面”图标。

构造平面的具体要求及方法含义见表3-2-6。

表3-2-6　构造平面的具体要求及方法含义

（4）构造圆的具体操作。打开“圆”命令方法：选择“插入”→“特征”→“构造”→“圆”命令或双击构造几何特征工具条中的“圆”图标。

构造圆的具体要求及方法含义见表3-2-7。

表3-2-7　构造圆的具体要求及方法含义

任务实施

1.三坐标测量机按自动化程度不同，测量方式有哪几种，各有什么特点？

2.构造几何特征有什么作用？为什么需要用到构造几何特征功能？

知识拓展

在测量箱体的几何特征时，自动测量几何特征时应怎样设置各参数？