基于CAD的三坐标测量机检测规划系统的开发

　　1 引 言

　　随着高速发展的机械制造业对产品质量控制提出越来越高的要求，以三坐标测量机[1-2](coordinate measuringmachines ， CMM) 为主导设备的计算机辅助检测规划(computer aided inspection planning，CAIP)系统[3]应运而生，其目标便是要实现快速的高精度、自动化、智能化检测。近些年来，国内对基于 CMM 的 CAIP 技术研究和系统开发从未间断过，基于专家系统技术[4]、计算机视觉技术[5]，尤其是 CAD 技术[5-9]的应用，显著提高了系统的智能化水平。目前研究仍处于发展阶段，在 CAIP 系统与CAD/CAM 集成、决策智能化和最优化、自动编程及程序可移植性等方面还比较落后。相比之下，国外在这一领域的研究[10-12]较为领先，并已有成熟的商业化系统PC-DMIS、Virtual DMIS 等，但是引进成本都较高。基于此，研究并自主开发了一套自动化和智能化程度较高的基于三维CAD平台Open CASCADE的通用三坐标测量机检测规划系统。此 CAIP 系统通过实现与 CAD/CAM 集成，能直接从工件设计模型上获取相关检测信息，从而根据相应的检测任务自动生成检测点和检测路径，并对路径进行碰撞检查和规避，在确定无碰撞后生成符合尺寸测量接口标准(dimensional measuring interface standard，DMIS)的测量程序传送至 CMM 执行检测并对检测结果进行分析，整个过程高度自动化。

　　2 系统体系结构

　　2.1 结构组成

　　如图 1 所示，基于 CAD 的三坐标测量机检测规划系统的体系结构由外至里依次由界面层、功能层、服务层和数据层四个层次组成，同时对于各层提供人机交互实现必要时人对系统的操作和控制。系统中外层的相关操作和功能通过里层的支撑服务和数据实现，同时相关数据返回外层界面实现系统更新显示。

　　1)界面层：界面层的主要作用是向用户提供一个与系统交互的平台，包括 CAD 界面和 Windows 标准界面。通过界面层，系统将信息展示提供给用户，并获取用户的操作信息。界面层上用户进行相应的操作将启用功能层的相关功能，同时功能层中的 CAD 显示及操作功能直接支持界面层中 CAD 界面的实现。

　　2)功能层：功能层主要对应 CAIP 系统的各个功能模块，如 CAD 显示及操作、CAD 文件导入导出、测量规划、公差评估、特征构造、坐标系建立、测头系统管理等等;同时在功能实现中需要用户加以修改或控制(如更改参数、特征拾取、操纵杆测量等)时提供人机交互。

　　3)服务层：系统服务层提供各种支撑服务以实现功能层的相关功能，是整个系统的核心。基本上每一个功能的实现都涉及数个相关服务，而同一个服务也支撑着数个功能，如 CAD 服务直接支撑 CAD 显示及操作功能，通过CAD 服务、数据存储和数据载入服务实现 CAD 文件的导入导出功能等等。功能与服务之间的对应支撑关系如图 1中各条由功能至服务的箭头连接线所示。