Cómo utilizar una máquina de medición de coordenadas para la inspección de superficies
1 Método de medición tradicional
Cuando se utiliza una máquina de medición de coordenadas (CMM) para inspeccionar piezas de superficie sin un modelo CAD, los comandos relevantes en el software CAD generalmente son utilizado Las coordenadas de las líneas y puntos de la sección transversal en el modelo de superficie se generan como valores teóricos, y luego se controla la máquina de medición para detectar la pieza en la posición correspondiente, y luego se compara la desviación de los valores de las coordenadas. Este método requiere que el diseñador proporcione datos teóricos adicionales, y la compensación del diámetro esférico de la sonda no es fácil de lograr con precisión para la medición de un solo punto, dado que no se puede determinar la dirección del vector, la compensación de la sonda no se puede realizar en absoluto. Por tanto, este método tiene ciertas limitaciones.
2 Medición basada en modelo digital tridimensional
El uso de modelos digitales de superficie para la inspección de superficies es una necesidad para el desarrollo de la tecnología de medición de máquinas de medición por coordenadas. Debido a la complejidad de la tecnología de construcción de superficies, también es una tecnología de alta gama en el campo de las aplicaciones CAD y generalmente se completa con sistemas CAD/CAM especializados. En el software de medición, se puede explotar simplemente importando un modelo digital del diseño. Para lograr este objetivo, es necesario resolver problemas técnicos en cuatro aspectos: interfaz de importación de modelos digitales, alineación, compensación de puntas y captura de valor teórico.
1. Interfaz de importación de modelos
Cuando se utilizan modelos digitales para la inspección, lo primero que se debe hacer es, por supuesto, asegurarse de que el modelo se importe correctamente al software de medición. De hecho, debido a razones bien conocidas como la tecnología y los intereses, el software y los formatos desarrollados por los principales fabricantes de CAD del mundo son diferentes, por ejemplo, UG, PROE, CATIA, etc., que tienen una gran influencia en China. leer directamente los archivos de cada uno.
Para solucionar esta contradicción se han establecido una serie de estándares de intercambio de datos a nivel internacional, como el estándar internacional de intercambio de datos STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data), el estándar americano de intercambio de gráficos inicial. Especificación IGES (intercambio inicial de gráficos), etc. Aunque el estándar IGES tiene desventajas como archivos de datos grandes, tiempos de conversión prolongados e información incompleta, es innegable que actualmente es el estándar de interfaz más utilizado. La mayoría del software CAD admite este estándar, y mi país también utiliza IGES como recomendado. estándar. .
Actualmente, todos los software de máquinas de medición con funciones de detección de digital a analógico admiten el formato IGES. La diferencia radica básicamente en la pérdida de superficies individuales y daños después de un modelado complejo, así como en la velocidad de importación. Para un modelo de 10M, algunos pueden tardar decenas de segundos y otros pueden tardar varios minutos. En la actualidad, el software de medición de máquinas de medición de coordenadas más famoso del mercado básicamente ha resuelto bien este problema. La Figura 1 muestra la cantidad de modelos importados al software de detección por el instrumento de medición en el software de medición ZCRMDT desarrollado de forma independiente. La cantidad de modelos grandes y pequeños supera los 46 millones.
Para el software CAD convencional actual, algunos fabricantes de software de instrumentos de medición también han desarrollado una variedad de interfaces de lectura directa, como lectura directa de archivos UG, lectura directa de archivos PROE, etc., que no requieren archivos intermedios. conversión de formato y evitar el impacto de la conversión. Sin embargo, esta interfaz generalmente debe adquirirse por separado.
2. Alineación
La alineación es un elemento importante del software de la máquina de medición de coordenadas tridimensionales, no importa cuántos moldes haya, deben estar alineados para que la máquina herramienta se coordine. El sistema y las coordenadas de la pieza de trabajo están alineados. Sólo cuando el sistema es consistente los valores medidos pueden ser comparables.
Para piezas tipo caja, el método 3-2-1 se utiliza básicamente para establecer coordenadas. Las características de superficies, líneas y puntos se utilizan para determinar los ejes de coordenadas y orígenes, y se utiliza la pieza de trabajo. procesado estableciendo un sistema de coordenadas de la pieza de trabajo. La alineación es el método de alineación más básico y preciso. Deberíamos intentar utilizar características procesadas con una amplia gama como base para establecer coordenadas para reducir los errores causados por la alineación. Por lo general, el sistema de coordenadas establecido también debe poder realizar traslación, rotación y otras operaciones para generar un nuevo registro.
Para formas irregulares, el cálculo es mucho más complejo. Si en la pieza de trabajo hay puntos característicos bien definidos, como por ejemplo 3 centros de agujeros, normalmente se mide el valor real y corresponde al valor teórico del par de 3 puntos.
A menudo nos encontramos con situaciones en las que no hay puntos característicos obvios en la pieza de trabajo, es decir, los valores medidos no pueden corresponder con precisión a los valores teóricos. En respuesta a esta situación, el software de medición comúnmente utilizado es el método de corrección iterativa.
Para las máquinas de medición de adquisición de disparador de un solo punto, generalmente el software seleccionará múltiples puntos en la superficie del modelo digital como puntos objetivo. Los puntos seleccionados deben poder fijar la pieza de trabajo en los seis grados de libertad para evitar que la pieza de trabajo gire y se mueva. moviéndose y luego la medición. La máquina se mueve lo más lejos posible hacia la pieza de trabajo para recolectar puntos de medición en las posiciones correspondientes. El software corregirá iterativamente los puntos de medición cerca del punto objetivo en el modelo digital hasta que el error de corrección encontrado esté dentro de la precisión especificada. rango. El software corregirá repetidamente los puntos de medición en el área cercana al punto objetivo en el modelo digital hasta que el error de corrección esté dentro de la precisión especificada. Cuando las iteraciones exceden la tolerancia, algún software de medición le indicará que vuelva a medir hasta puntos más cercanos para obtener cálculos más precisos.
También existe una situación en la que se miden varios puntos directamente y luego el software calcula la mejor coincidencia entre el grupo de puntos y el modelo digital teórico, y alinea el grupo de puntos con el modelo paso a paso hasta que El grupo de puntos coincide con el modelo hasta que la desviación cuadrática media sea mínima. Cuantos más puntos tenga este método, mayor será la precisión, pero al mismo tiempo, el cálculo es más complejo y los requisitos para las computadoras son mayores. Generalmente se usa en el registro de nubes de puntos escaneadas.
Aunque cada software tiene diferentes clasificaciones y características de registro, básicamente utilizan el método anterior.
3. Compensación de puntas
En la actualidad, la máquina de medición de coordenadas más utilizada es una sonda de gatillo mecánico con una aguja de rubí, lo que inevitablemente conduce a problemas de compensación de puntas.
Para características estándar como planos y círculos, la sonda puede compensar automáticamente mediante el desplazamiento general, y las curvas escaneadas continuamente también se pueden procesar automáticamente de la misma manera. Pero, ¿cómo resolver el problema de la compensación de la punta para la medición de un solo punto que se encuentra a menudo en la medición de superficies?
Para realizar una compensación individual sobre un único punto se debe conocer el vector dirección de la compensación, es decir, la dirección del vector normal del punto de contacto. Para encontrar esta dirección normal, un método más preciso es medir un microplano alrededor del punto y considerar la dirección normal del microplano como la dirección normal de la superficie en ese punto, completando así la compensación de la punta.
Para los casos en los que la curvatura adjunta a los puntos de medición de la pieza de trabajo no cambia mucho, o la desviación entre la pieza de trabajo y el propio molde es pequeña, si los requisitos no son altos, con el fin de reducir la número de puntos de recogida, no es necesario medir el microplano, el software La punta se mide directamente usando la dirección del vector del punto de medición que perfora el molde como compensación, es decir, se usa el vector normal en el molde en lugar del vector normal en la pieza de trabajo como dirección del vector real para compensar el ángulo agudo medido. Sin embargo, si la desviación de la curvatura de la pieza de trabajo con respecto al modelo digital en sí es grande, no se permite la compensación de la punta, lo que da como resultado datos de medición poco confiables.
Con las sondas sin contacto, no hay compensación de punta.
4. Captura de valor teórico
Después de resolver el problema de importar y alinear el modelo, la captura de valor teórico es relativamente simple. Para círculos y otras características estándar, el software solo necesita poder seleccionar la característica a reconocer del modelo CAD y extraer los valores teóricos directamente de sus características. Para la medición automática, puede programar directamente las características del modelo y guiar la máquina para que funcione a una posición cercana al valor teórico de la característica a medir.
Los puntos de las piezas curvas se suelen dividir en puntos de superficie y puntos de borde. Algunas clasificaciones de software son más detalladas. Para puntos en una superficie, los puntos teóricos se obtienen mediante medición directa y los puntos de medición se proyectan a lo largo de la superficie modelada digitalmente sobre la superficie normal. Los puntos de los bordes son diferentes. Los bordes son donde se encuentran los límites de una superficie CAD, como los bordes de una pieza de chapa o, en la forma más simple, los bordes de un cubo. Si desea detectar puntos en el borde, dado que el lápiz no puede medir de forma directa y precisa y no se puede determinar la dirección de compensación de la sonda, no se pueden realizar mediciones directas y solo se pueden utilizar métodos indirectos. Normalmente, el principio de procesamiento se muestra en la Figura 3. Para medir un punto P en el borde, se pueden medir puntos en ambos lados. En este ejemplo, los puntos 1.º y 3.º se utilizan para determinar el vértice, los puntos 4.º y 5.º se utilizan para determinar la dirección del límite y el último punto 6 se utiliza para determinar la posición del punto objetivo. sobre el borde previamente determinado se considera el punto de medición, cuyo valor teórico es el número de modelos en el punto más cercano al borde de la superficie.
La detección de puntos de borde se puede lograr mediante el método anterior. Diferentes programas pueden tener diferentes métodos de procesamiento.