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三坐标测量程序中路径控制点规划策略

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，然后通过重播的方局部放大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遍历待测元素集合手机架；

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拜耳材料科技积极与业界领先的胶粘剂生产商合作开发新方案合，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避免产生钟点工干磨擦；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 测量路径纺机配件干涉检查

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C钢丝胶管MM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)