【編者按】每件產(chǎn)品的測(cè)量都需要編制坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量計(jì)劃八毯，其中包括產(chǎn)品被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值及方向矢量值的提取工作搓侄。本文是對(duì)CATIA模型中測(cè)量數(shù)據(jù)的提取技術(shù)的分析。

　　隨著航空制造技術(shù)的不斷發(fā)展予乏，國(guó)際航空市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將日趨激烈偿寥。當(dāng)今，產(chǎn)品質(zhì)量已從競(jìng)爭(zhēng)的“獲勝標(biāo)準(zhǔn)”演變?yōu)楦?jìng)爭(zhēng)的“資格標(biāo)準(zhǔn)”蟹游，而且填级，飛機(jī)具有高安全、高可靠性的要求蔓捡，因此怜人，航空產(chǎn)品的質(zhì)量異常重要。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為現(xiàn)代化先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備之一擦灸，被廣泛地應(yīng)用到飛機(jī)零部件及其工裝的檢測(cè)中癌羞。需要使用CMM檢測(cè)的零部件數(shù)量正在急劇增加，以上海飛機(jī)制造有限公司的工裝零部件的檢測(cè)為例玫葡，2010~2012年期間用CMM檢測(cè)的零部件數(shù)量多達(dá)2000多件（不包括飛機(jī)本體件的測(cè)量數(shù)量）戳明。 （參閱卡爾蔡司和上海大學(xué)繼續(xù)深度合作 共同培養(yǎng)卓越測(cè)量工程師 ）

　　每件產(chǎn)品的測(cè)量都需要編制坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量計(jì)劃，其中包括產(chǎn)品被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值及方向矢量值的提取工作碴穴。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)數(shù)量眾多的時(shí)候赋焕，數(shù)值的提取將花費(fèi)很多時(shí)間，通常提取100點(diǎn)的數(shù)值需要1h左右仰楚。數(shù)值提取工作在CATIA操作平臺(tái)中進(jìn)行隆判，提取過程是一系列的反復(fù)重復(fù)操作，而CATIA為用戶提供了Visual Basic僧界、VC++二次開發(fā)接口（Automation API）[1]侨嘀，其中VC++就包含2種方法[2]，這使點(diǎn)數(shù)值的自動(dòng)提取成為可能捂襟。點(diǎn)數(shù)值自動(dòng)提取可以提高工作效率咬腕，在生產(chǎn)任務(wù)緊迫的情況下其效果尤為顯著，可以縮短零部件的交付周期葬荷。

　　本文對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的提取過程及CATIA的相關(guān)操作命令進(jìn)行了細(xì)致的分析涨共，整理出了數(shù)據(jù)自動(dòng)提取的構(gòu)思。文中對(duì)CATIA提供的關(guān)于點(diǎn)數(shù)據(jù)提取的二次開發(fā)接口函數(shù)的功能進(jìn)行了探索宠漩，找出了數(shù)據(jù)提取的最佳函數(shù)及途徑举反，最終懊直，通過VB完成了數(shù)據(jù)提取程序的編制。

　　數(shù)據(jù)提取的第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：獲取被提取數(shù)據(jù)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)面火鼻、關(guān)聯(lián)線/軸線旱醉。手動(dòng)采集方向矢量時(shí)，可以目視并選取被測(cè)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)元素（線穗蚌、面）敬育，但計(jì)算機(jī)如何判斷被測(cè)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)元素呢？文中分析了獲得面點(diǎn)的方向矢量關(guān)聯(lián)面的方法及獲取孔點(diǎn)的方向矢量關(guān)聯(lián)線/軸線的方法租触，從而為點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取奠定了基礎(chǔ)胶棕。

　　數(shù)據(jù)提取的第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：自動(dòng)尋找、判斷點(diǎn)的測(cè)量矢量方向（即三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量方向）蔽宜。點(diǎn)沿直線可以有相反的2個(gè)矢量方向水亮，文中提出了判斷正確矢量方向的方法。

　　本文還敘述了數(shù)據(jù)提取過程中輔助設(shè)置被測(cè)點(diǎn)的方法以實(shí)現(xiàn)被測(cè)點(diǎn)的快速苫颤、準(zhǔn)確枢菇、方便的設(shè)置，也對(duì)通過VB語言實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法進(jìn)行了說明俯坐，這些方法都來自于工作實(shí)踐中的摸索與思考噩拼。

　　CMM檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)常規(guī)獲取方法介紹

　　點(diǎn)數(shù)據(jù)常規(guī)獲取方法（需要CATIA具有高級(jí)機(jī)械加工模塊）流程如圖1所示。

　　
　　1 設(shè)置被測(cè)點(diǎn)

　　使用CATIA的“點(diǎn)”命令寺晌，選取孔世吨、曲面、平面呻征、軸線等耘婚，在數(shù)模上建立需要測(cè)量的點(diǎn)。重復(fù)上述操作陆赋，完成所有點(diǎn)的設(shè)置沐祷。

　　2 打孔點(diǎn)

　　（1）切換到CATIA的高級(jí)機(jī)械平臺(tái)攒岛，雙擊CATIA結(jié)構(gòu)樹上的“Part Operation”以彈出窗口赖临。點(diǎn)擊彈窗按鈕“Machine”, 然后點(diǎn)擊按鈕“5-axis Machine”，點(diǎn)“確定”灾锯。點(diǎn)擊按鈕“Reference Machining Axis System”兢榨，并確定原點(diǎn)及X、Y顺饮、Z軸的方向（點(diǎn)彈窗中的原點(diǎn)/軸色乾，再在數(shù)模中選擇元素作為原點(diǎn)/軸），點(diǎn)“確定”關(guān)閉彈窗皇驼。

　』颉（2）點(diǎn)CATIA的工具條按鈕“Spot Drilling”，點(diǎn)數(shù)模畦怒，彈出點(diǎn)鉆窗口残团。點(diǎn)彈窗圖形上的“Click to Select a Part Surface”,然后在數(shù)模上選取確定方向矢量的支撐面，點(diǎn)按鈕“OK”返回（或鼠標(biāo)雙擊數(shù)耐耙兀空間空白處返回）画眯。點(diǎn)彈窗圖形上的“Click to Add Position”,并在數(shù)模中選取上述中設(shè)置的點(diǎn)，雙擊數(shù)奈穸冢空間空白處返回灌当。右鍵點(diǎn)擊“Fixed Axis”,在彈出菜單中點(diǎn)選“Normal To PS Axis”，以使方向矢量垂直于支撐面幅挂。點(diǎn)擊彈窗圖形上的方向箭頭“Click to Invert the Tool Axis”京球，并觀察數(shù)模窗口中的矢量方向指示箭頭，確保矢量方向指向產(chǎn)品內(nèi)部腺帽。在彈窗中切換第1個(gè)復(fù)合窗口怎晰，然后取消選擇框“Output CYCLE syntax”中的勾選，并將“Approach clearance”設(shè)置為0敛苇。

　∽苯省（3）重復(fù)步驟（2），逐個(gè)完成所有點(diǎn)的方向矢量的設(shè)置枫攀。

　　3 數(shù)據(jù)輸出及選取

　　點(diǎn)擊CATIA工具條命令“Generate NC Code in Batch Mode”以輸出文本文件括饶，然后用記事本打開輸出的文本文件，并從中挑選出需要的坐標(biāo)来涨、矢量數(shù)據(jù)图焰。

　　總之，手工采點(diǎn)的整個(gè)過程有很多重復(fù)扫夜、繁瑣的工作楞泼，特別是當(dāng)采點(diǎn)數(shù)量多時(shí)，工作量很大笤闯。

　　CMM檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

　　1 檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取流程分析

　　讀取/識(shí)別數(shù)模幾何圖形集上設(shè)置的被測(cè)點(diǎn)堕阔，分析點(diǎn)并找出其關(guān)聯(lián)元素（支撐元素），根據(jù)屬性判斷關(guān)聯(lián)元素的類型（面颗味、圓超陆、橢圓）。根據(jù)面鹃改、圓战架、橢圓的性質(zhì)，分別繪制確定點(diǎn)方向矢量的直線侦萍。通過相關(guān)接口函數(shù)得到原始坐標(biāo)系下點(diǎn)的坐標(biāo)值及方向矢量值咸壮，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換運(yùn)算拿奥，獲得指定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值及方向矢量值。按CMM需求的格式輸出文本漆究。以上過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成母滤。流程見圖2。

　　
　　2 點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取關(guān)鍵功能的實(shí)現(xiàn)

　《だ啤（1）提高設(shè)置被測(cè)點(diǎn)的效率城砖。

　　通過Catia.StartCommand （"點(diǎn)"）、 Catia.StartCommand （"軸線... "）圣钝、Catia.StartCommand （"填充"）語句廷诺，實(shí)現(xiàn)建立被測(cè)點(diǎn)時(shí)，智能打開CATIA的建面點(diǎn)及孔點(diǎn)窗口肖喂，輔助被測(cè)點(diǎn)的建立簇抵，以快速完成被測(cè)點(diǎn)的設(shè)置。此外妻味，可以增加點(diǎn)距限制功能正压，在設(shè)置面點(diǎn)時(shí)，通過HybridShapes.Item（i）.Offset.Value自動(dòng)限制新設(shè)置點(diǎn)與上一個(gè)設(shè)置點(diǎn)的距離责球，從而確保設(shè)置的點(diǎn)距滿足相關(guān)規(guī)范的要求焦履。“點(diǎn)”雏逾、“軸線... ”嘉裤、“填充”等來源于CATIA的“自定義”窗口中的“命令”中的“所有命令”，當(dāng)然栖博，在此窗口中自定義的別名也同樣有效屑宠。

　　（2）確定提取程序能識(shí)別的確定被測(cè)點(diǎn)方向矢量的關(guān)聯(lián)元素仇让。

　　讓程序識(shí)別出被測(cè)點(diǎn)的確定點(diǎn)方向矢量的關(guān)聯(lián)元素是提取技術(shù)的關(guān)鍵之一典奉。CATIA建點(diǎn)有如下特點(diǎn)：被建點(diǎn)與數(shù)模零件不屬于同一零件時(shí)，建點(diǎn)時(shí)CATIA會(huì)自動(dòng)提取點(diǎn)的關(guān)聯(lián)面丧叽、線等到被建點(diǎn)所在的零件中卫玖。利用此特性，在數(shù)模產(chǎn)品中新建零件clsj.CATPart（程序自動(dòng)完成）宴忱，將所有被測(cè)點(diǎn)全部建立在此零件中（即在建點(diǎn)時(shí)激活該零件）辐胆，如圖3所示，“點(diǎn).1”是手工建立的巾妇，“曲面.1”是CATIA自動(dòng)產(chǎn)生的輔助元素卸研。

　　
　　（3）使程序在CATIA或DELMIA下都能運(yùn)行。

　　使用下列語句多盅，實(shí)現(xiàn)程序在CATIA或DELMIA環(huán)境下都能運(yùn)行把毒。其中“If”語句很關(guān)鍵，當(dāng)你沒打開CATIA勤右，而打開DELMIA時(shí)屡旺，“If”語句的條件的判斷將為真，此后掷栋，將執(zhí)行“Set catia = GetObject（, "DELMIA.Application"）” [3]語句，而使程序與DELMIA建立通信聯(lián)系嗓万。

　　Dim catia As Object

　　Set catia = GetObject（, "CATIA.Application"）

　　If catia Is Nothing Or Len（catia.Caption） = 0 Then

　　On Error Resume Next

　　Set catia = GetObject（, "DELMIA.Application"）

　　End If

　　Set GetCATIA = catia

　“铞辍（4） 確定方向向量。

　　首先神汹，要建立確定方向向量的直線庆捺，相關(guān)接口的函數(shù)

　　為AddNewPointOnPlane、AddNewPointOnSurface屁魏、AddNew PointOnCurveWithReferenceFrom Distance及AddNewLinePtPt滔以、AddNewLinePtDir等。

　　其次氓拼，進(jìn)行方向向量方向的判斷你画。通過方向指引線末端點(diǎn)到數(shù)模實(shí)體的距離判斷方向向量的方向。實(shí)現(xiàn)方式：通過端點(diǎn)繪制半徑為0.0005mm的球面桃漾，然后通過函數(shù)cat DistanceComputationTypeAgainstAll計(jì)算球到數(shù)模的距離坏匪，此距離與指引線長(zhǎng)度進(jìn)行比較后可確定被測(cè)點(diǎn)方向向量的正確方向；此外撬统，也可以利用孔軸線的開始點(diǎn)适滓、中點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)判斷方向恋追，使用接口函數(shù)GetPointsOnCurve可以得到軸線的上述3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值番恭，計(jì)算被判斷點(diǎn)到軸線開始點(diǎn)的距離，距離大者為需要的確定方向向量的點(diǎn)恕孙。

　　最后坠诈，可以通過接口函數(shù)GetXVal、GetYVal椅损、GetZVal分別獲取指引線相對(duì)于原始坐標(biāo)系的方向向量的X帘战、Y、Z方向的雙精度分向量值,此方向代表坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針的運(yùn)行方向吉挎，但其坐標(biāo)系是原始坐標(biāo)值斑永。

　　（5） 進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

　　使用CATIA的接口函數(shù)“GetPoint”蛀埂、“GetAxisSystem”及“GetXVal”揣煤、“GetYVal”、“GetZVal” 可以讓程序自動(dòng)得到點(diǎn)的坐標(biāo)值及方向矢量值盾轮。由于使用接口函數(shù)得到的點(diǎn)坐標(biāo)/方向向量值都是相對(duì)于原始坐標(biāo)系的凉适，因此，需要對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換糙箍，將原始坐標(biāo)系坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為指定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值渤愁。

　　坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法：針對(duì)數(shù)模零件“Part1”，設(shè)O軸系統(tǒng)為零件“Part1”的原始坐標(biāo)系深夯，O1軸系統(tǒng)為零件“Part1”的軸系統(tǒng)1抖格，Xo、Yo咕晋、Zo與X1雹拄、Y1、Z1分別為O1軸系統(tǒng)的原點(diǎn)Q1掌呜、空間點(diǎn)P在原始坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值滓玖，目標(biāo)是求點(diǎn)P在軸系統(tǒng)1下的坐標(biāo)值X、Y质蕉、Z势篡。

　　通過VXx=CATIA.ActiveDocument. Part.Parameters.Item（"Part1\軸系統(tǒng).1\X 軸\X"）.Value語句（注："Part1\軸系統(tǒng).1\X 軸\X"是根據(jù)CATIA中樹結(jié)構(gòu)中的軸系統(tǒng)參數(shù)構(gòu)建的，需與CAITA的用戶界面語言相符饰剥，當(dāng)CATIA的用戶界面語言選擇英語時(shí)殊霞，則應(yīng)為"Part1\ AxisSystem.1\XAxis\X"）可以得到零件“Part1”的“軸系統(tǒng).1”的X′軸方向的單位向量沿原始坐標(biāo)系X軸的分向量VXx。同理可得Y′軸方向的單位向量沿原始坐標(biāo)系X軸的分向量VYx寺癌。從而可求出“軸系統(tǒng).1”各軸方向的單位向量在原始坐標(biāo)系上的各分向量為：VXx雌褥、VXy、VXz绅荒、VYx知祠、VYy、VYz肝羊、VZx成甫、VZy、VZz子特。Xo著正、Yo、Zo與X1挨伯、Y1侥镀、Z1可通過CATIA接口函數(shù)直接獲取。分別求向量O1P在原始坐標(biāo)系下的各分向量[4]，可得下列方程組：

　　
　　求解上述方程組皇可，可以得到P點(diǎn)從原始坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到軸系統(tǒng)1后的坐標(biāo)值X雕什、Y、Z显晶。將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換編制成子函數(shù)贷岸，以便于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)調(diào)用。

　×坠汀（6） 點(diǎn)的方向偿警、取點(diǎn)路徑方向及方向向量的調(diào)整。

　　通過Catia.StartCommand （"ACA Invert"）唯笙，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的方向向量（如圖4左圖所示户敬，圖中的箭頭方向即為點(diǎn)的方向向量的方向）及取點(diǎn)路徑順序方向的顯示，這種顯示便于截取形象的示意圖睁本。方向向量的調(diào)整：通過Set hybridShapeInverse1 = hybridShapeFactory1.AddNewInverse（reference1, 1）及 hybridBody1.AppendHybridShape hybridShapeInverse1實(shí)現(xiàn)給方向線（reference1）添加反轉(zhuǎn)線，然后忠怖，使用Timer過程監(jiān)控反轉(zhuǎn)線的方向呢堰，當(dāng)發(fā)現(xiàn)方向變化時(shí)，使程序控制數(shù)模做相應(yīng)的變化凡泣，并重新提出該點(diǎn)的方向向量枉疼，對(duì)孔點(diǎn)同時(shí)提取新的點(diǎn)坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)已提取數(shù)據(jù)的點(diǎn)的方向向量的正反調(diào)整谭扑。

　　
　　點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取程序介紹

　　程序界面及最終輸出數(shù)據(jù)（點(diǎn)坐標(biāo)窟句、方向矢量、對(duì)于孔還將輸出孔半徑）如圖5所示优诵。

　　
　　自動(dòng)提取被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)吟筷、方向矢量的操作說明：點(diǎn)“創(chuàng)建”；通過“取點(diǎn)軸系統(tǒng)”選擇測(cè)量坐標(biāo)系药阔；點(diǎn)“提示”（包含輔助設(shè)置點(diǎn)的功能）冲驶，并按提示信息在數(shù)模上設(shè)置面或孔的被測(cè)點(diǎn)；使用“捕獲”自動(dòng)生成被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值及方向矢量译教；觀察方向向量箭頭杖扫，看測(cè)點(diǎn)的方向向量是否正確榨惭，然后關(guān)閉Invert窗口竭沫，對(duì)可能不正確的方向向量進(jìn)行雙擊激活并取反糯景；點(diǎn)“隱藏引線”以隱藏指引線并顯示取點(diǎn)的順序箭頭婚咱；最后點(diǎn)“輸出”得到需要的點(diǎn)坐標(biāo)及方向矢量數(shù)據(jù)文本文件伐弹。

　　點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取程序的3個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是：第一杯瞻，它能夠輔助計(jì)劃人員設(shè)置被測(cè)點(diǎn)柑爸，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)出設(shè)置面點(diǎn)让腹、孔點(diǎn)的對(duì)話窗口，按需自動(dòng)限制所取面點(diǎn)的點(diǎn)距汛兜，很大程序上提高了點(diǎn)的設(shè)置效率巴粪，并增加了“確定”按鈕快捷鍵，進(jìn)一步方便了操作粥谬；第二肛根，它優(yōu)化了孔點(diǎn)的操作，手動(dòng)操作時(shí)漏策，需要設(shè)置孔點(diǎn)的下沉量及輔助平面派哲，當(dāng)需要測(cè)量垂直度時(shí)，還需要設(shè)置2個(gè)下沉點(diǎn)及輔助平面掺喻，使用自動(dòng)提取程序則只需要設(shè)置1個(gè)點(diǎn)且不需要輔助平面芭届，計(jì)劃員按程序提示選擇需要提取1個(gè)或2個(gè)孔點(diǎn)；第三感耙，它能夠根據(jù)設(shè)置的點(diǎn)自動(dòng)提取點(diǎn)坐標(biāo)和方向矢量褂乍，避免了繁瑣的“打孔點(diǎn)”操作和數(shù)據(jù)的篩選工作。這些優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)坐標(biāo)及矢量值的快速提取即硼，避免了人為的操作失誤粟五，極大提高了采集數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確性。

　　隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)水平圣谴、制造技術(shù)水平的提高条焙，飛機(jī)零部件的制造精度要求也將越來越高，需要進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的零部件數(shù)量也將不斷增多母赶。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以其高精度漂熙、高柔性及優(yōu)異的數(shù)字化能力，成為現(xiàn)代制造業(yè)尤其是模具工業(yè)設(shè)計(jì)万杉、開發(fā)袖况、加工制造和質(zhì)量保證的重要手段。充分分析各數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)的性質(zhì)及各應(yīng)用軟件的功能奸冶，結(jié)合應(yīng)用程序提供的二次開發(fā)接口進(jìn)行開發(fā)拢杠，可以定制符合使用需求的便捷功能，還可以將統(tǒng)計(jì)過程控制SPC數(shù)據(jù)分析技術(shù)結(jié)合進(jìn)來夏植，并有利于生產(chǎn)效率的提升舰断。

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