【編者按】近年來豆牺，隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展贪庄，機(jī)械制造領(lǐng)域中新的測量設(shè)備和技術(shù)不斷涌現(xiàn)，繼而形成了細(xì)分化的測量解決方案菜犀，但是多數(shù)的測量解決方案均由測量設(shè)備硬件廠商掌控且相互之間由于競爭關(guān)系而獨(dú)立存在乡鼻，對測量領(lǐng)域平臺建設(shè)帶來了艱巨的挑戰(zhàn)。Delcam作為世界領(lǐng)先的獨(dú)立于任何測量設(shè)備硬件廠商的CAD/CAM軟件公司栽斑，熟諳測量領(lǐng)域?qū)C(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)展的重要性艇挨，整合優(yōu)勢資源開發(fā)出了測量集成平臺PowerINSPECT，致力于推動測量技術(shù)的不斷發(fā)展韭赘。本文主要針對機(jī)械制造領(lǐng)域中PowerINSPECT的應(yīng)用進(jìn)行全面詳細(xì)的探討缩滨。

1 機(jī)械制造領(lǐng)域測量技術(shù)

測量技術(shù)作為機(jī)械制造領(lǐng)域不可或缺的組成部分儼然成為了當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展探索和研究的前沿，集中體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備發(fā)展的科學(xué)與嚴(yán)謹(jǐn)泉瞻。傳統(tǒng)的測量多以物理原理為基石進(jìn)行測量脉漏，但受制于物理原理的局限性而慢慢地淡出測量應(yīng)用舞臺，而科技飛速發(fā)展的當(dāng)下測量則更多的依托于基于基本物理再加上化學(xué)效應(yīng)的傳感技術(shù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)理論袖牙，無論是在測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性方面還是在測量設(shè)備的易用性方面均是傳統(tǒng)測量不可比擬的侧巨。針對科學(xué)性而言舅锄，即使是針對同一個機(jī)械零件，如果在不同的環(huán)境下所用的方法也有可能是不同的司忱，這些因素的不同決定了硬件廠商測量方案的不同皇忿，而不同的測量方案也決定了測量設(shè)備間的彼此差異。同時坦仍，在機(jī)械制造過程中鳍烁，由于幾何測量的目標(biāo)參數(shù)非常廣泛，而測量技術(shù)所依據(jù)的不同研究方法也決定了測量設(shè)備的不統(tǒng)一庸伏∮氲眩基于市場需求，目前機(jī)械加工領(lǐng)域測量設(shè)備分化出了接觸式和非接觸式兩個方向技乡。

2 PowerINSPECT綜述

PowerINSPECT測量軟件平臺能滿足機(jī)械制造企業(yè)各種類型的測量設(shè)備和軟件接口的使用需求得惩，制造企業(yè)不需要再為測量設(shè)備的換代更新而額外購買新的測量軟件，更不需要二次投入去學(xué)習(xí)不同測量設(shè)備所配備的專用的技碍、復(fù)雜的測量軟件皇苫，極大地提高企業(yè)檢測人員的工作效率的同時為制造企業(yè)節(jié)省大量的資金和人力成本。

1) 數(shù)據(jù)接口廣泛化

PowerINSPECT能夠廣泛地讀取各種主流三維CAD模型數(shù)據(jù)云许。通過DELCAM專用的三維CAD數(shù)模轉(zhuǎn)換軟件Delcam Exchange烈拉，可以高速輸入、輸出包括IGES辣候、VDA-FS牛拭、STEP、ACIS大熟、Parasolid割扬、Pro/E、CATIA偿荷、UG窘游、IDEAS、SolidWorks跳纳、SolidEdge忍饰、AutoCAD、Rhino 3DM寺庄、Delcam DGK和Delcam Parts等格式的三維CAD數(shù)學(xué)模型艾蓝，在數(shù)據(jù)高速存儲的同時也可很好地保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2) 人機(jī)交互客制化

測量工作目前越來越傾向于生產(chǎn)現(xiàn)場铣揉，測量軟件未來的發(fā)展趨勢也將力圖實(shí)現(xiàn)制造工程師意圖饶深，而非質(zhì)量工程師意圖。面向車間工人的測量系統(tǒng)需要簡單易懂逛拱、便于操作敌厘，PowerINSPECT具有簡潔明快的操作界面、良好的向?qū)讲僮黧w驗(yàn)朽合，僅需簡短培訓(xùn)即可輕松掌握所有技術(shù)內(nèi)容俱两，并能獨(dú)立完成機(jī)械制造業(yè)所需的從簡單標(biāo)準(zhǔn)體素到復(fù)雜自由型面測量的全部工作，隨后即可輸出圖文并茂祖擦、清晰易懂的測量報告舶酒。此過程中得益于Delcam開放及以客戶需求為導(dǎo)向的軟件設(shè)計宗旨，PowerINSPECT不僅可以自定義模板酷豫，還可以以多種格式輸出專業(yè)的檢測報告缰橘。

3) 完善的虛擬仿真技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及人類追求完美和極致的特性，復(fù)雜零部件的使用需求愈發(fā)凸顯雀秤，但是復(fù)雜零部件機(jī)械加工本身就是一個挑戰(zhàn)赞拼，而加工質(zhì)量檢測的相關(guān)要求則進(jìn)一步提升。復(fù)雜零部件加工質(zhì)量檢測涉及多個方面缔龟，其中安全最為基本璃锻，PowerINSPECT提供了完整的、基于數(shù)模的虛擬測量仿真技術(shù)值豫，可大大提高復(fù)雜零部件加工領(lǐng)域現(xiàn)代科研和開發(fā)所追求的效率玫葡。

4) 精準(zhǔn)的測量結(jié)果

PowerINSPECT擁有良好的數(shù)學(xué)理論，測量數(shù)據(jù)評定結(jié)果通過了行業(yè)公認(rèn)的最為嚴(yán)格的德國PTB認(rèn)證且符合ISO9002標(biāo)準(zhǔn)澈拖，不會因?yàn)檐浖惴ǖ膰?yán)謹(jǐn)性問題而導(dǎo)致額外的誤差引入碴穴，可以有效地保證測量結(jié)果的真實(shí)性。

5) 基于標(biāo)準(zhǔn)化的智能化

目前各行業(yè)均以標(biāo)準(zhǔn)化為基石大力發(fā)展智能化参歹，測量技術(shù)作為機(jī)械科學(xué)研究與制造的核心更需要走在智能化的前端仰楚。PowerINSPECT可通過統(tǒng)計分析形成專家數(shù)據(jù)庫，為提升批量產(chǎn)品的制造質(zhì)量提供智能型參考泽示。同時PowerINSPECT也在不斷開發(fā)智能化的采樣策略缸血、路徑規(guī)劃技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)獲取精度械筛。

3 PowerINSPECT應(yīng)用模塊及領(lǐng)域

PowerINSPECT作為機(jī)械加工測量系統(tǒng)集成平臺包含了多個子模塊捎泻，每個模塊均可獨(dú)立地與測量設(shè)備組合形成相應(yīng)的測量方案，這樣對于不同的測量需求即可提供不同的解決方案埋哟，最大限度的為客戶提供優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)笆豁。

3.1 PowerINSPECT手動模塊

PowerINSPECT手動模塊應(yīng)用于常見的傳統(tǒng)橋式CMM三坐標(biāo)測量機(jī)、劃線機(jī)及臂式測量設(shè)備赤赊，形成手動測量解決方案闯狱。在實(shí)際使用中僅需通過聯(lián)機(jī)協(xié)議將PowerINSPECT與硬件測量設(shè)備聯(lián)機(jī)即可按照所熟知的PowerINSPECT操作步驟完成測量工作，化繁為簡，將復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算交由PowerINSPECT自動進(jìn)行哄孤，省去人工干預(yù)極易帶來的潛在誤差照筑。對于加工業(yè)來說，產(chǎn)品已由精密制造逐步向精益制造發(fā)展旅霍，對產(chǎn)品生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控均對現(xiàn)行的三坐標(biāo)檢測提出了更高的要求诽矩。PowerINSPECT與關(guān)節(jié)臂相結(jié)合的測量解決方案對使用環(huán)境要求較低，且可快速完成系統(tǒng)的組建與設(shè)置铣翁，從而實(shí)時快速的完成質(zhì)量檢測租触，這是我們現(xiàn)行三坐標(biāo)測量機(jī)不可實(shí)現(xiàn)的。同時供馍，PowerINSPECT手動模塊功能不僅局限于測量蔽宜，作為拓展，PowerINSPECT可通過實(shí)時檢測得到的數(shù)據(jù)構(gòu)造出平面刽软、直線苫颤、槽及各種標(biāo)準(zhǔn)幾何形體，并可以以IGES等格式輸出供逆向工程诽粪、產(chǎn)品設(shè)計等領(lǐng)域使用庶咨。

圖1 PowerINSPECT手動模塊測量示意圖

3.2 PowerINSPECT CNC模塊

PowerINSPECT CNC模塊多應(yīng)用在使用CNC/DCC控制的CMM坐標(biāo)測量機(jī)上，可通過數(shù)控指令控制快速安全的完成自動測量君铁，對于復(fù)雜型面及批量生產(chǎn)零件來說尤其適用检碗。PowerINSPECT CNC模塊可通過兩種模式生成測量所需的指令以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求。

1) 示教學(xué)習(xí)模式

示教學(xué)習(xí)模式簡單易學(xué)码邻，只需要在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下對初件產(chǎn)品使用手工驅(qū)動的方式在需檢測的位置執(zhí)行測量操作折剃，PowerINSPECT就"學(xué)會"了當(dāng)前檢測過程，并自動生成數(shù)控指令像屋，對于此后的同一批所有的零件怕犁，都可以按生成的數(shù)控指令驅(qū)動測量機(jī)自動檢測。

2) 脫機(jī)編程模式

脫機(jī)編程模式可在不連接測量設(shè)備的情況下己莺，在計算機(jī)上輸入待檢測零件的理論三維CAD數(shù)學(xué)模型奏甫，PowerINSPECT可輕松地識別出模型上的各種特征且針對不同的幾何特征提供了多種測量策略以幫助用戶方便地生成優(yōu)化的檢測路徑。對于自動化方案的可執(zhí)行性凌受，其首要的就是安全保證阵子，PowerINSPECT提供了完整的測量機(jī)虛擬使用環(huán)境以供模擬，可快速的判斷出當(dāng)前的檢測路徑是否安全胜蛉，并以顯著的標(biāo)識顯示出不安全路徑挠进。同時脫機(jī)編程對多類型工件可預(yù)先生成所需的檢測路徑，從而提高檢測效率誊册，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期皇驼。

圖2 PowerINSPECT CNC模塊測量示意圖

3.3 PowerINSPECT 點(diǎn)云模塊

隨著光學(xué)測量技術(shù)的飛速發(fā)展圾框，測量領(lǐng)域現(xiàn)已逐步發(fā)展到非接觸式測量與接觸式測量并駕齊驅(qū)的狀態(tài)。PowerINSPECT前瞻性地開發(fā)了點(diǎn)云模塊畦怒，點(diǎn)云模塊提供了全面的光學(xué)測量設(shè)備接口協(xié)議残团，無論是激光跟蹤儀、激光點(diǎn)搔绿、線掃描設(shè)備還是照相測量設(shè)備豁箱、經(jīng)緯儀等均可快速地與PowerINSPECT組成非接觸式測量解決方案耻炕，快速完成大型零部件法顺、組裝件及整體外形幾何參數(shù)等大批量測量數(shù)據(jù)的獲取。同時PowerINSPECT融合了計量分析和逆向工程所需的多項(xiàng)要求定邪，既可對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行評定亦可將測量數(shù)據(jù)輸出快挡，輸出的數(shù)據(jù)配合PowerSHAPE逆向模塊可以快速構(gòu)造出CAD實(shí)體，用于逆向工程买臣。對于非專業(yè)光學(xué)測量設(shè)備也可以通過加載光學(xué)測頭的方式來拓展設(shè)備的使用效能现蹂，例如不同類型的CMM測量設(shè)備，PowerINSPECT點(diǎn)云模塊均可提供相應(yīng)的解決方案术陶。

圖3 PowerINSPECT點(diǎn)云模塊測量示意圖

3.4 PowerINSPECT 在線測量模塊

在機(jī)械加工行業(yè)凑懂，離線測量方式應(yīng)用居多，但是離線測量自身也存在運(yùn)行環(huán)境苛刻梧宫、誤差引入接谨、效率低下等弊端，對測量方式塘匣、方法的革新需求催生了在線測量方式脓豪。PowerINSPECT在線測量模塊可通過在機(jī)床上加裝測頭的方式輕松地賦予機(jī)床坐標(biāo)測量功能，形成加工過程質(zhì)量控制解決方案忌卤，該方案不僅能夠減少工件在反復(fù)裝夾過程中出現(xiàn)的誤差扫夜，同時由于大部分檢測工作在機(jī)床上完成，減少了工件的搬運(yùn)和裝卡時間驰徊，可顯著提高生產(chǎn)效率笤闯，企業(yè)也不需要再投入資金購買更多的專業(yè)檢測設(shè)備。

PowerINSPECT在線測量模塊配合產(chǎn)品質(zhì)量終檢模塊即構(gòu)成了閉環(huán)制造系統(tǒng)完整的質(zhì)量控制解決方案棍厂。區(qū)別于傳統(tǒng)的品控解決方案颗味，運(yùn)用PowerINSPECT在線測量模塊可在生產(chǎn)過程中實(shí)時對產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，以便分析批量生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的質(zhì)量趨勢并適時調(diào)整加工方案勋桶，使批量產(chǎn)品品質(zhì)差異化最小猛疗。同時PowerINSPECT在線測量模塊可通過網(wǎng)絡(luò)的方式直接與機(jī)床通信，為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)所追求的全自動化生產(chǎn)方案提供技術(shù)保障牛跷。

圖4 PowerINSPECT在線測量模塊測量示意圖

3.5 PowerINSPECT & NC PartLocator自適應(yīng)加工模塊

機(jī)械制造過程中面臨的首要問題即為加工坐標(biāo)的對齊定位定合，但隨著產(chǎn)品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展溶瞬，生產(chǎn)過程中常會遇到超大型工件及無基準(zhǔn)工件，這些類型的工件加工坐標(biāo)的對齊定位非常不易喂惜。然而鄙骏，加工坐標(biāo)對齊定位存在誤差必定會引起產(chǎn)品的質(zhì)量問題，鑒于此服半，Delcam根據(jù)CAM開發(fā)和應(yīng)用積累的豐富經(jīng)驗(yàn)開發(fā)出了PowerINSPECT & NC PartLocator模塊碗冈，為機(jī)械制造業(yè)提供了一種基于測量數(shù)據(jù)的自適應(yīng)加工解決方案。

PowerINSPECT & NC PartLocator自適應(yīng)加工解決方案可用于工件的自適應(yīng)加工及工件和夾具的精確定位滤灸。進(jìn)行自適應(yīng)加工時怪褐，首先使用PowerINSPECT進(jìn)行離線編程，制定出零件或毛坯的位置測量方案和次序翁旁，通過在零件或毛坯上測量出的位置點(diǎn)數(shù)據(jù)即可計算出零件或毛坯在機(jī)床上的精確位置蝠欲。然后將這些數(shù)據(jù)輸入到NC Partlocator，NC Partlocator將對比產(chǎn)生PowerMILL刀具路徑的名義位置和工件在機(jī)床上的實(shí)際位置倦微，應(yīng)用三維擬合算法移動和旋轉(zhuǎn)工件對齊定位原點(diǎn)妻味，從而使工件和刀具路徑對齊并將結(jié)果輸出到機(jī)床控制器。 這樣在對零件進(jìn)行簡單裝夾定位后欣福，僅需幾分鐘的時間系統(tǒng)即可產(chǎn)生自適應(yīng)加工所需的精確定位责球，從而幫助機(jī)床操作人員快速準(zhǔn)確地進(jìn)行工件的重復(fù)裝夾定位，達(dá)到高效率與高精度的有機(jī)融合拓劝。同時PowerINSPECT & NC PartLocator自適應(yīng)加工解決方案完全繼承了Delcam產(chǎn)品面向用戶需求的特性雏逾，用戶可使用任何一種面向?qū)ο蟮恼Z言，根據(jù)自己的實(shí)際生產(chǎn)需要來編寫自動對齊定位方案凿将，完善產(chǎn)品加工工藝校套。

圖5 PowerINSPECT & NC PartLocator自適應(yīng)加工模塊示意圖

3.6 PowerINSPECT & NC Checker精度校驗(yàn)?zāi)K

得益于日益膨脹的尖端加工技術(shù)應(yīng)用需求，Delcam開發(fā)出了獨(dú)特牧抵、快速笛匙、簡便的機(jī)床及測量系統(tǒng)精度校驗(yàn)?zāi)KPowerINSPECT & NC Checker，可快速檢測和報告機(jī)床和其測量系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)犀变，用來在加工開始前確認(rèn)機(jī)床和其測量系統(tǒng)的精度妹孙，以及生產(chǎn)過程中檢測因加工運(yùn)作而造成的任何機(jī)床精度改變，為您加工出高質(zhì)量的零件提供保障和信心考叽。

PowerINSPECT & NC Checker精度校驗(yàn)?zāi)K作為獨(dú)立的解決方案時肢姜，其可在生產(chǎn)過程中的任何時候、任何階段進(jìn)行连碎，且其不依賴于硬件設(shè)備的特性決定了其即使高頻率的使用也不會引入誤差驰闺，為機(jī)械制造企業(yè)日常設(shè)備點(diǎn)檢提供了不二的選擇。同時弧哥，作為系列化解決方案呕豪，PowerINSPECT & NC Checker精度校驗(yàn)?zāi)K配合PowerINSPECT 在線測量模塊可形成加工過程預(yù)控制與過程控制的完美解決方案药扒，從源頭上消減誤差對產(chǎn)品加工精度的影響。糯档、

圖6 PowerINSPECT & NC Checker精度校驗(yàn)示意圖

4 PowerINSPECT應(yīng)用----接觸式測頭作用參數(shù)修正

接觸式測頭作為接觸式測量數(shù)據(jù)獲取媒介隙殴，在測量過程中的地位舉足輕重。由于接觸式測頭的工作原理使其在測量過程中存在瞄準(zhǔn)誤差蜡幼、撓曲變形誤差等掷栋，若直接使用測頭說明書給定的標(biāo)稱值則會給測量帶來極大的原理性誤差，而測量中各參數(shù)值變化引起的誤差使得通過理論分析定量計算的方式來補(bǔ)償這些誤差幾乎不可行嗓万，因而必須根據(jù)測量需求建立起面向測量任務(wù)的測頭作用參數(shù)標(biāo)定邦鲫。

測頭作用參數(shù)標(biāo)定可通過PowerINSPECT 在線測量模塊來完成。如圖7所示油宜，測頭在未校準(zhǔn)的狀態(tài)下測量結(jié)果偏差非常大掂碱，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了可接受的范圍，這樣的測量結(jié)果更無精度可言慎冤。在實(shí)際使用中可首先利用PowerINSPECT 在線測量模塊生成接觸式測頭作用參數(shù)校驗(yàn)測量程序，然后運(yùn)行測量程序并將測量結(jié)果傳回PowerINSPECT中沧卢，繼而打開在線測量模塊測頭作用參數(shù)校準(zhǔn)功能即可快速準(zhǔn)確地計算出測頭有效作用參數(shù)蚁堤。為避免人工因素在操作過程中的不確定性，PowerINSPECT可直接將修正后的測頭參數(shù)以系統(tǒng)文件的形式傳輸?shù)綑C(jī)床控制器供后續(xù)測量使用但狭。圖8即為測頭校準(zhǔn)后標(biāo)準(zhǔn)球的測量結(jié)果披诗，圖9為一實(shí)際加工工件測量結(jié)果，從圖9可以看出PowerINSPECT在測頭作用參數(shù)修正后成功地將測量精度鎖定在微米級別立磁，有效地保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性呈队。

圖7測頭作用參數(shù)未修正標(biāo)準(zhǔn)球測量結(jié)果

圖8測頭作用參數(shù)修正后標(biāo)準(zhǔn)球測量結(jié)果

圖9測頭作用參數(shù)修正后實(shí)際工件測量結(jié)果

5 結(jié)束語

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展日新月異，新技術(shù)唱歧、新工藝的開發(fā)與應(yīng)用均離不開測量技術(shù)的保障宪摧，基于PowerINSPECT測量軟件平臺的眾多開放性測量解決方案能夠滿足機(jī)械制造全過程的質(zhì)量控制需求，可為推動先進(jìn)制造技術(shù)的快速應(yīng)用提供有力的支持烙凝。

（英國Delcam公司中國總部上海辦 賀其寶）

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