基于示教的加工中心在線檢測研究---碩士論文

1、基于示教的加工中心在線檢測研究摘要加工中心在線檢測技術(shù)是提髙加工中心工作粘度和操作自動化程度的關(guān)鍵技術(shù)之一，是cims屮質(zhì) 量保證系統(tǒng)不可分割的一部分。本文在該技術(shù)原有發(fā)展的基礎(chǔ)上，并結(jié)合計篦機輔助設(shè)計、零件特征模 型以及計算機仿真等一些領(lǐng)域的最新的進展情況，以零件的特征模型為核心，對基于示教的加工中心在 線檢測技術(shù)進行了深入的研究。1. 對零件的兒何特征模型在設(shè)計和生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了分析，并在此基礎(chǔ)上將零件的兒何特征和零件 的檢測相結(jié)合，確定了冬件示教的基本思想。2. 對在生產(chǎn)過程中寥件進行了分析，確定了待示教的零件最初分類原則，以及零件幾何特征的數(shù)據(jù)表 達方式，由此得到適合檢測的零件mfs

2、模型。3. 路徑規(guī)劃無論在加工還是在檢測中都占有很重要得地位，本文根據(jù)零件模型的特征，進行檢測路徑 規(guī)劃，建立相應(yīng)的宏程序。4. 零件檢測前的仿真在牛產(chǎn)中可以驗證檢測過程的安全性，這一技術(shù)在實際的生產(chǎn)過程中逐漸體現(xiàn)出 其重要性。5. 基于示教的加工中心在線檢測系統(tǒng)進行了初步的設(shè)計，并分析了非典型零件的示教檢測，建立了 示教、路徑規(guī)劃、仿真為一體的檢測系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：加工中心，在線檢測，特征，示教，mfs模型，路徑規(guī)劃research on the technology ofmachining center on-line inspectionbased on teachingabstracton

3、-line inspecting for machining center is one of the key technologies to improve precision and automation of machining center and one of the indiscerptible parts of the quality assurance system of cims. on the foundation of the current development of on-line inspecting technology and the new developm

4、ent of computer aided design n part feature model and computer simulation online inspect technology is studied here based on the teaching idea1 the application of part geometry feature model on the designing and production is analyzed synthetically and based on it, inspecting process is integrated w

5、ith the part geometry feature and the basic idea of part teaching is established2. the part in the manufacturing process is analyzed. the original labeling principle to parts and the dada expressing manner of part geometry model are established, by virtue of them, the mfs model of part suiting for i

6、nspecting is accomplished.3. path layout is very important whether in manufacturing or in inspecting according to the features of the part model in the paper, inspecting path layout and relevant macro program is accomplished.4. the simulation before the inspecting and manufacturing in the production

7、 can assure the security of inspecting process and the technology is more and more important in the practical production.5. the online inspecting for machining center is initially designed based on teaching the teaching andinspecting oftypical part is analyzed and the inspecting system integrated wi

8、th teaching> path layoutand simulation is establishedkey words: machining center, online inspecting, feature, teaching, mfs model, path layout目錄中文摘要英文摘要第一童緒論1§1-1加工中心在線檢測技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1 §1-2課題研究的背景和意義第二章基于人工示教的加工中心在線檢測系統(tǒng),”,”6§2-1加工中心在線檢測系統(tǒng)組成§2-2在線檢測系統(tǒng)的檢測與通訊原理”§2-3基于人工不教的在線檢測方式&

9、#167;2-4小結(jié)第三章零件的幾何特征和零件模型11§3-1 零件的分類11 §3-2 基于特征的零件信息模型 ”卵初湘”麗呦訕切”怖12 3-2-1基于特征的零件信息描述方法3-2-2幾何特征的分及關(guān)系14 3 2 3 兒何彳廿息的持征表達，沙蘇 16§3-3 零件的 mfs 模型,”,”,”,16 3-3-1 基于 mfs 理論的零件基本描述方法研1 7 3 3 2彳牛 h勺 'ifs§3-4基本幾何特征示教方法”,”,”,”,19 3-4-1示教圓柱類幾何信息19 q-4-2 示劾引 舉f1如!信 自90 3j-4-3示教r11!臺舉j1

10、彳可信息”20 3-4-4 示教凹槽類幾何信息1 3-4-5 示教圓弧類兒 何信息”21 3-4-6 zk教角類幾何信息枷枷柿訕呦呦粧呦”枷”帕22 3-4-7不教自由曲面彳曰息卵22 §3 5件 zji 教兒何曰總、的數(shù)據(jù)處理 3-5t位置分割與零件占用范圍信息w”,233-5-2幾何特征的信息規(guī)劃”訕呦呦24§3-6小結(jié)呦”27第四章路徑規(guī)劃和幾何特征檢測,28§4-12-1單個幾何元素檢測路徑工藝規(guī)劃4-2-1組合幾何元素檢測路徑工藝規(guī)劃n»h«»»»»»»»»

11、;»»»1 4 2 3 才:扌羊必各”乃乃,行行行”32§4 3 幾何持征檢測與擬 口 訂§4 4 'j'纟 | i »nnnm9hhn*»m9»9mm*9mmm mjj第五章檢測丿厶程序和仿真”卵” f f f f ”川”卵”"38§5 1 建用戶丿匸入禾王丿了；庫”卅”,”,”38 5 1 檢測龍無f序財”,忙”385-1-2宏程序編制的方法和原則，”，”,39 5-1-3建立和完善宏程序庫§5-2基于opengl的檢測過程仿真林林林林林刑卵湘”林林”40 5-2-

12、1 opengl簡介40 5-2-2測命路徑的插補技術(shù)41 5-2-3慮擬零件模羽的仿 zrtr5 2 4 在線測耒干仿1 5 3 小纟口第六章基于人工示教的在線檢測軟件編制”43§6-1軟件的奉締設(shè)計43§6-2各牛要功能模塊的實現(xiàn)44i i .x "zj ijl* it'c-vx. i i j/u99m9>mhlm9l9mhh91>9nn>9n>9»nn>9mmn>9h 丄 a6-2-1幾何信息示教模塊、數(shù)據(jù)處理模塊榊”44 6 2 2 *竝測仿 模塊nmm9999m999>mm9999hh99mm9

13、9»m9999hn9999m»6 2 3 結(jié)果輸lli 模塊”,4647參考文獻49致謝52第一章緒論§1-1加工中心在線檢測技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展在生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝流程中，檢測階段占有很重要的地位，并且越來越受到重視當(dāng)一批零件將要 開始加工時，有大量的檢測工作需要完成，包括夾具和零件的裝卡、找正、零件編程原點的測定、首件 零件的檢測、工序間檢測及加工完畢檢測等，在某些情況下，還可能有未知零件的檢測（如未知模具 等）。目前，完成這些檢測工作的主要手段有：1 手工檢測手工檢測是由個別企業(yè)的生產(chǎn)及技術(shù)能力的低下所決定的，企業(yè)由于財力有限，沒有高精度高效 率的檢測設(shè)備（例如：三

14、坐標測量機），這就給企業(yè)帶來了許多的不便。還有，在加工過程中只能進 行粗檢，一般都會采用手工檢測。手工檢測是使用千分表、卡尺等常規(guī)量具、量儀人工校正測量，英 效率低下，精度容易受到人為的影響，而且還導(dǎo)致了寶貴的機床機時的浪費，影響了機床的利用率及 產(chǎn)品加丄質(zhì)量。2. 離線檢測在加工工序之間、加工完成后，將工件從加工中心上取下，利用其他檢測設(shè)備進行檢測，即加工與 檢測不在同一設(shè)備上進行，且二者不同步，先加工，后測量。這種測量方法目前應(yīng)用較廣，典型的測量 設(shè)備是三坐標測量機。三坐標測暈系統(tǒng)（cmms）是近三十年發(fā)展起來的一種高效率的精密測量儀器，其 分辨率在微米級，特別是配有計算機的數(shù)控系統(tǒng)，使它

15、能夠在計算機控制下自動完成許多髙精度測量。 離線測量可發(fā)揮測量系統(tǒng)的功能，測量精度高，同時對加工設(shè)備的專業(yè)程度要求不高。3. 在線檢測通過為加工中心配備一個觸發(fā)式測頭以及相應(yīng)的檢測宏程序，構(gòu)成加工中心在線檢測系統(tǒng)。為了避 免手工檢測和離線檢測的弊端，很多廠商都希望在數(shù)控機床上配置各種加工精度的檢測設(shè)備，并在加工 屮心上應(yīng)用自動測量技術(shù)，取得了很多的成果。目前，數(shù)控機床廣泛應(yīng)用觸發(fā)式測頭，其具有價格低、 可靠性強、自身精度高等特點。除此之外，觸發(fā)式測頭還有允許超程量大、結(jié)構(gòu)堅固、工作安全性高、 抗干擾能力強等優(yōu)點。最初的觸發(fā)式測頭采用靜定原理的三點布置結(jié)構(gòu)，測量過程屮存在一定預(yù)行程誤 差。以英國

16、的renishao公司為代表的新一代采用應(yīng)變片技術(shù)的測頭（如renishawtp7和新型的tp200）, 大大減少了測量誤差。由檢測的發(fā)展過程可以看出，由于市場的需求和科技的發(fā)展，制造技術(shù)生產(chǎn)方式沿著“手工一機械 化單機自動化剛性流水自動化柔性制造自動化智能自動化”方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 特別是數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用，使傳統(tǒng)的制造工藝產(chǎn)生顯著的變化，形成了 cad、cam、capp、 cat、fms、cims、fa等一系列具有劃時代意義的先進制造技術(shù)。高效率為主的自動化，即通過制造過程信息的處理與控制，提高自動化程度，提高生產(chǎn)率，縮短產(chǎn) 品的制造周期。二是以計算機參與提高精度為主的精密

17、化，通過現(xiàn)代測控手段實現(xiàn)超精密加工及檢測。 fms、cims系統(tǒng)正是在利用計算機進行信息集成的基礎(chǔ)上，以縮短新產(chǎn)品研制周期及產(chǎn)品的交貨周期， 提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本為目標的工廠綜合自動化系統(tǒng)。這是提高制造業(yè)競爭能力最有效的技術(shù)手段。 因此，對cims的關(guān)鍵設(shè)備一一數(shù)控加工中心高精度在線檢測技術(shù)的研究備受關(guān)注。加工中心作為更高性能的數(shù)控機床，配備了刀具和自動換刀裝置，具有很強的加工能力，工件只需 一次安裝，加工中心便可完成多道工序的加工，大大提高了生產(chǎn)效率。但是由于其自身的缺陷及加工 過程中的不可避免的主客觀因素，還存在著精度和效率問題，質(zhì)量保證技術(shù)（quality assurance）也就 隨

18、之產(chǎn)生了，它是一門綜合技術(shù)，不僅涉及傳統(tǒng)的質(zhì)量統(tǒng)計控制技術(shù)和事后檢測技術(shù)，還融合了計算機 仿真技術(shù)、汁算機輔助測試技術(shù)、檢測控制技術(shù)和人工智能技術(shù)等新技術(shù)切。在諸如fms、cims這樣 的高集成化、高自動化的無人化生產(chǎn)系統(tǒng)屮，建立基于數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控加工屮心）的可靠的質(zhì)量保證子 系統(tǒng)是整個系統(tǒng)正常運行的基本前提。面對日趨激烈的國際市場競爭，各國的制造商越來越清楚的認識 到，產(chǎn)品質(zhì)量保證技術(shù)是企業(yè)在為市場和利潤的所進行的競爭中最有力的戰(zhàn)略武器。近兒年來，質(zhì)量保 證系統(tǒng)正在成為美國工業(yè)界的熱點，產(chǎn)品質(zhì)量保證技術(shù)在cims中的重要性越來越明顯，為適應(yīng)市場競 爭的需要，目前徳國和美國的-些大型制造企業(yè)（

19、如徳國htv公司和美國的dec、gm、ford公司 等）均運行著計算機輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)?；跀?shù)控機床的質(zhì)量保證技術(shù)是質(zhì)量保證系統(tǒng)中的重要組成部 分，也是加工質(zhì)量保證技術(shù)的核心內(nèi)容。建立完善、可靠的基于數(shù)控機床的質(zhì)量保證系統(tǒng)，不僅是提高 數(shù)控機床的利用率的關(guān)鍵，也是保證質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本的保證卩引。1997年，在漢諾威歐洲機床展覽會上，展出了由英國ren1shaw公司研制的世界上的一套“循環(huán) 屮測量系統(tǒng)”renishaw系統(tǒng)。此后，這項技術(shù)的到了迅速的推廣。至80年代中期，在一些國外 先進的數(shù)控機床上兒乎都配有觸發(fā)式測頭檢測系統(tǒng)。并且系統(tǒng)的功能和用途也隨之不斷完善和擴大。如 今數(shù)控機床在線檢測技

20、術(shù)已經(jīng)取得了不少成果。國外以英國renishaw為代表，開發(fā)了多種類型的測 頭，并已經(jīng)在許多數(shù)控機床上應(yīng)用；國內(nèi)的北京機床研究所、航天部303所等單位也相繼研制出機床在 機測頭，其測量控制和數(shù)據(jù)處理都在數(shù)控宏程序屮完成，可以實現(xiàn)簡單的點、線、面等基本形體幾何 參數(shù)的測量。加工中心在線檢測技術(shù)將加工和檢測集成在一起，實現(xiàn)了加工過程中的自動檢測。加工與檢測在同 一臺設(shè)備上完成，避免了多次裝夾、重復(fù)定位精度差及輔助時間長等問題。加工屮心在線檢測技術(shù)關(guān) 鍵是其檢測過程有數(shù)控程序來控制，實現(xiàn)了檢測的自動化，是一種基于計算機自動控制的在線檢測技術(shù)。 目前，為了是檢測過程更趨于人性化、智能化，人們開始關(guān)注人

21、工智能在檢測中的應(yīng)用，并取得了一定 的成果。隨著加工屮心在生產(chǎn)屮的廣泛應(yīng)用，并輔有人工智能的加工屮心在線檢測技術(shù)必將成為一項很 有發(fā)展前途的技術(shù)。§1-2課題研究的背景和意義就冃前加工中心在線檢測技術(shù)的發(fā)展水平與應(yīng)用程度來看，rh 丁種種原因還處于發(fā)展與普及的初級 階段，尚未得到大規(guī)模的應(yīng)用，不僅在觀念上述不能被更多的企業(yè)所接受，而且檢測系統(tǒng)自身還有待進 一步的完善。由于企業(yè)的技術(shù)管理水平較低，觀念比較落后，在設(shè)備的購置與使用上，缺乏系統(tǒng)的觀點，如企業(yè) 雖然花費了大量資金用于購置數(shù)控機床，但是在一些附件上卻不愿意繼續(xù)投資，例如対刀儀、在機測頭 等，結(jié)果導(dǎo)致高性能數(shù)控設(shè)備在使用上及其不

22、便，現(xiàn)代化的設(shè)備卻采用傳統(tǒng)的操作方式，造成資源的 極大浪費問。加工屮心在線檢測技術(shù)存在的主要技術(shù)問題是測量程序的編制過于繁瑣。利用加工屮心在線檢測 系統(tǒng)檢測冬件，首先要編制零件的檢測程序，然后才能進行檢測。根據(jù)編制的手段，程序編制通常分 為兩大類：手工編程和自動編程。手工編程即整個編制過程由人工完成，即繁瑣費時乂復(fù)雜。編程人 員必須對機床及數(shù)控系統(tǒng)的各種指令、代碼都非常熟悉，而且還必須具備機械加工知識和數(shù)值計算能 力。并且對于不同數(shù)控系統(tǒng)，所用指令代碼、程序格式及其他編程規(guī)定也不同，給編程工作帶來易于 混淆和岀錯的麻煩，以導(dǎo)致在零件檢測屮出現(xiàn)測頭撞壞的情形，出現(xiàn)不必要的損失。對于復(fù)雜零件來 說

23、，有時手工編程是行不通的。自動編程是指編程人員只盅根據(jù)零件圖樣的要求，按照自動編程系統(tǒng) 的規(guī)定，編寫一個零件的源程序，送入編程計算機，即可進行自動編程。但自動編程系統(tǒng)目前還不完 善，宏程序不夠豐富，還不足以應(yīng)付千變?nèi)f化的測量情況。目前，加工屮心在線檢測的技術(shù)水平還停留在在計算機屮進行處理得到檢測宏程序，通過計算機 的rs232串行口把程序傳送到加工中心，然后再進行檢測工作的發(fā)展階段。此過程嚴重浪費了加工中 心的在機時間，在很大程度上阻礙了檢測技術(shù)的發(fā)展，還不能真正稱得上加工檢測自動化。該技術(shù)的適用范圍也是阻礙加工中心在線檢測技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。由于在零件形面的模式 識別領(lǐng)域上還不成熟，還不

24、能建立完善的檢測路徑規(guī)劃方案及檢測仿真，所以加工中心在線檢測系統(tǒng) 只能對單個兒何元素進行檢測，比如，圓孔或圓柱等等。該技術(shù)目前的檢測對象是有具體尺寸要求的 幾何零件，對于未知零件來說，尤其是復(fù)雜零件，通常是通過手工檢測或者在三坐標測量機上進行檢 測，但對于一些企業(yè)來說，由于技術(shù)上或者財力上的不足，無力或無意購買cmms,仍采用一些效率低、 精度差的陳舊檢測設(shè)備，測量零件的精度還不能很好的滿足要求，技術(shù)水平較低，即使配置了坐標測 量機，仍然存在多次裝夾、重復(fù)定位誤差大及輔助時間長等問題，制約了我國加工制造業(yè)的發(fā)展水平。 再有，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對機械制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等提11!了更

25、高的要求。所以根據(jù)我國現(xiàn)實情況，就要求在線檢測系統(tǒng)不僅能完成復(fù)雜零件的檢測而且要求能完成對未知 零件的測塑，這樣既保證了加工檢測的精度和效率，而且還大大的節(jié)約了固定投資，在中小型企業(yè)屮 很受歡迎，這也是提出在線檢測研究方向的原因所在。目前，基于加工中心的在線檢測技術(shù)有了很大的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下兒個方面：1. 基于cad/cam的加工屮心在線檢測技術(shù)研究與開發(fā)。2. 基于工件實體的加工中心在線檢測技術(shù)研究與開發(fā)。3. 加工中心在線檢測誤差補償技術(shù)研究與開發(fā)?；赾ad/cam的加工屮心在線檢測技術(shù)實現(xiàn)圖形化自動編程，通過開發(fā)cad系統(tǒng)的現(xiàn)有功能，并根 據(jù)零件在cad系統(tǒng)屮己有的兒何圖形信息，在

26、加工過程中實現(xiàn)序前、序中和序后檢測。基于工件實體的 加工屮心在線檢測技術(shù)主要是針對對舊件的基本兒何特征進行分析和規(guī)劃，編制檢測程序，完成在線檢 測。加工中心在線檢測誤差補償技術(shù)主要研究機床在檢測過程中檢測系統(tǒng)及機床加工本體的檢測誤差， 雖然研究的內(nèi)容同以上兩個研究方向存在著差異，但是他們研究的目的是相同的，即在保證一定的精度 下，完成對零件的檢測。以上的研究能很好的完成相應(yīng)的檢測功能，但是對于未知的零件來說，即沒有任何參考數(shù)據(jù)的零件 （這主要體現(xiàn)在模具行業(yè)），以及復(fù)雜的零件來說，以上的技術(shù)還不能很好的實現(xiàn)所需的功能。針對上 述在線檢測的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了基于人工示教的加工中心在線檢測技術(shù)，該技術(shù)

27、是基于加工中心在線檢 測系統(tǒng)的有機組成部分，是面向整個未知零件檢測的技術(shù)，是在線檢測技術(shù)的橫向擴展，使在線檢測技 術(shù)更加完善。此技術(shù)可在多品種少批量的工件加工檢測屮發(fā)揮更大的作用。§1-3課題研究的主要內(nèi)容示教思想是計算機進入示教狀態(tài)以后，根據(jù)接收零件基本信息的類型不斷接受加工中心傳出的示 教信息，并對接收的數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過初步的數(shù)據(jù)處理，然后進行代碼的轉(zhuǎn)換，形成標準的零件檢 測程序，檢測完成后根據(jù)需要確定表達各個兒何特征的參數(shù)，以及兒何特征z間的位置關(guān)系。據(jù)此思 想，本課題的研究內(nèi)容主要有以下幾部分組成：（1）模型規(guī)劃：針對課題的研究對象，需要對未知零件進行模型規(guī)劃，確定幾何特征

28、的示教方案, 以利于示教過程的實現(xiàn)。（2）數(shù)據(jù)的釆集：數(shù)據(jù)的采集是完成人工示教的在線檢測的保證。加工中心和計算機之間應(yīng)能實 吋保持通訊，以保證加工中心得到的零件信息能及吋的傳送到計算機。在此包括示教信息的采集以及 檢測過程中數(shù)據(jù)的采集。（3）示教數(shù)據(jù)處理：由于手工操作進行示教，不可避免的涉入了一些主觀因素，同時為了簡化示 教，降低占機時間，所以，必須將采集到的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成檢測宏程序，所以應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則，對 示教數(shù)據(jù)進行處理，并根據(jù)以往的示教學(xué)習(xí)經(jīng)驗進行數(shù)據(jù)優(yōu)化，得到示教兒何特征的兒何參數(shù)。（4）檢測宏程序和仿真：根據(jù)數(shù)據(jù)的存儲標志，以及數(shù)據(jù)表示的各兒何信息z間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，調(diào) 用相應(yīng)零件基本

29、幾何信息的宏程序，組成完整零件的檢測程序。對于未知零件來說，由于人工示教的 局限性以及不可避免的系統(tǒng)誤差，可能在示教數(shù)據(jù)處理過程屮存在這樣那樣的討題，所以在系統(tǒng)進行 檢測之前對檢測過程進行仿真，確保檢測程序的無誤，保證不會在檢測過程中111現(xiàn)碰撞。（5）檢測信息數(shù)據(jù)處理檢測的最終目的是得到零件兒何特征的尺寸和兒何特征z間的位置關(guān)系， 所以檢測完成后應(yīng)對檢測數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化得到需要的參數(shù)信息，為下一步的加工過程做數(shù) 據(jù)上的準備。圖1 1反映了基于人工示教的加工屮心在線檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，其屮模型規(guī)劃和數(shù)據(jù)處理是本課題的主要研究內(nèi)容之一。根據(jù)人的思維習(xí)慣、操作的可能性及數(shù)據(jù)處理的方便將零

30、件按照兒何特征進行劃分，這主要在第三 章模型規(guī)劃階段進行分析。通過數(shù)控系統(tǒng)控制單元的rs232串口將測頭通過示教檢測到的數(shù)據(jù)實時傳 送到計算機，計算機根據(jù)幾何特征信息的類型、位置等相關(guān)信息送行分析和規(guī)劃，形成虛擬零件，即 零件屮的示教的幾何形體的數(shù)據(jù)是模糊的，是不確定的。圖1.1人工示教在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖fig. 1.1 the frame map of teaching online inspecting由于示教過程的不確定性及示教的幾何特征信息的模糊性，這就決定了檢測路徑、檢測點的位置的 不確定性，為此，在對數(shù)據(jù)的處理過程中需對各幾何特征信息進行虛擬規(guī)劃，生成零件虛擬數(shù)據(jù)庫，即 根據(jù)示教點

31、的幾何特征所組成的環(huán)境，估計各幾何特征的幾何參數(shù)，以確定測頭在測量幾何特征時的運 動范圍。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，基本兒何特征宏程序庫是預(yù)先編制好的孔、柱等基本形體的宏程序，在示教信息數(shù) 據(jù)處理得到模糊的幾何特征的基礎(chǔ)上調(diào)用，得到需要的檢測宏程序。零件模型是最終的零件幾何信息的 檢測結(jié)果，通過零件模型，不僅可以得到示教的幾何形體的幾何參數(shù)，而且可以得到幾何形體之間的形 位關(guān)系，通過零件模型的數(shù)據(jù)可以進行以后的加工檢測工作。第二章 基于人工示教的加工中心在線檢測系統(tǒng)§2-1加工中心在線檢測系統(tǒng)組成隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，使數(shù)控機床具有了用八宏程序和存儲等功能，為實現(xiàn)其在線自動檢測提供 了條件；測頭性

32、能的不斷完善，為在線檢測技術(shù)應(yīng)用開辟了良好的前景。加工中心在線檢測系統(tǒng)是將計算機引入加工中心數(shù)控系統(tǒng)，利用計算機強大的計算、存儲和開發(fā)能 力來彌補加工屮心數(shù)控系統(tǒng)的缺陷?？赏ㄟ^計算機軟件技術(shù)提高測頭自動監(jiān)測的精度、效率和可操作性, 實現(xiàn)測量過程和測量結(jié)果的可視化，使數(shù)控加工中心在線檢測技術(shù)水平得以提高。通常加工屮心的關(guān)鍵部分由數(shù)控加工中心機械本體、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等部分組成，可以完成零 件的加工。加工中心在線檢測系統(tǒng)即在加工中心上配備上檢測用測頭、檢測宏程序庫及數(shù)據(jù)傳輸用附件, 其結(jié)構(gòu)圖如圖2. 1所示：圖2.1加工中心在線檢測系統(tǒng)）fig. 2.1 the system of online

33、 inspection on machining center其屮關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)有：1. 數(shù)控加工中心機械本體加工中心的機械本體是實現(xiàn)加工、檢測的基礎(chǔ)，其工作部件是實現(xiàn)所需基本運動的部件，它的傳 動部件的精度直接影響著加工、檢測的精度。2. 加工屮心數(shù)控系統(tǒng)加工中心一般都采用cnc數(shù)控系統(tǒng)，其主耍特點是輸入存儲、數(shù)控加工、插補運算以及機床各種 控制功能都通過程序來是實現(xiàn)，能增加很多邏輯電路難以實現(xiàn)的功能。計算機與其他裝置之間可通過 接口設(shè)備聯(lián)接，當(dāng)控制對象或功能改變時，只需改變軟件和接口。cnc系統(tǒng)一般由屮央處理存儲器和 輸入輸出接口組成，中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。3.

34、伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是加工屮心的重要組成部分，用以實現(xiàn)數(shù)控機床的進給位置伺服控制和主軸轉(zhuǎn)速（或位置） 伺服控制。伺服系統(tǒng)的性能是決定機床加工精度、測量精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素。4. 測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)有接觸觸發(fā)式測頭、信號傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)組成，是數(shù)控加工中心在線檢測系統(tǒng) 中的關(guān)鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。其中關(guān)鍵部分為測頭，常用測頭一般有觸發(fā)式、掃描式、 和非接觸式三種類型。5. 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)包括碩件和軟件。加工中心在線檢測系統(tǒng)利用汁算機進行測量數(shù)據(jù)的采集和處理、檢測 數(shù)控程序的生成、檢測過程的仿真及與加工中心通訊等功能。由于數(shù)控機床自動檢測系統(tǒng)本身的局限性, 造成編程

35、繁瑣、檢測功能較少且精度較低。而微機加入數(shù)控加工中心在線檢測是對數(shù)控機床一測頭在線 檢測系統(tǒng)有益的和強大的補充，利用計算機強大的計算、存儲和開發(fā)能力，可通過軟件技術(shù)提高測頭自 動檢測的精度、效率和可操作性，實現(xiàn)測量過程和測量結(jié)果的可視性，使數(shù)控機床在線檢測技術(shù)提高到 新的水平。§2-2在線檢測系統(tǒng)的檢測與通訊原理由圖2.1可知測量系統(tǒng)主要由測頭、測頭接口、轉(zhuǎn)換器、光柵傳感器和光柵接口組成。在接觸式測量中，主要使用接觸式觸發(fā)測頭，又稱為開關(guān)發(fā)訊測頭。測頭像普通刀具一樣安裝在 機床刀庫中，由程序控制可自動調(diào)出并安裝在機床主軸上，由程序控制進行自動測量并將測量結(jié)果反 饋到計算機系統(tǒng)。早期的

36、觸發(fā)式測頭以英國rentshaw公司生產(chǎn)的mp3等為典型代表，這種測頭具有彈簧力作用下 的機械定位機構(gòu)，當(dāng)測桿同工件接觸受力偏轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生觸發(fā)信號，但不可避免的產(chǎn)生測頭預(yù)行程量的變 化。新一代的測頭以tp7m為代表，設(shè)計成三網(wǎng)式結(jié)構(gòu)，預(yù)行程變化小。相對于觸發(fā)式測頭而言，諸如 掃描式測頭和非接觸式測頭雖然有著精度較高等有點，但是，觸發(fā)式測頭結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉；堅固耐 用，容許的超程量大，安全性高，抗干擾能力強，適合于在線檢測尤其是基于示教方式的檢測領(lǐng)域的應(yīng) 用，所以在本系統(tǒng)屮采用接觸式觸發(fā)測頭。轉(zhuǎn)換器是一個多功能通訊接口，作為加工中心和上位計算機的通訊接口，采集測頭碰到工件發(fā)出的信 息傳送給計算機

37、，計算機采集到后，根據(jù)需要采集光柵接口保持的當(dāng)前各個軸的位置信息。同時轉(zhuǎn)換 器根據(jù)控制計算機的指令，驅(qū)動測頭運動，完成計算機與加工屮心zi'可的信號傳遞切。光柵接口和各個軸上的光柵傳感器相連。光柵傳感器能體現(xiàn)出各軸的當(dāng)前位置，通過光柵接口保 持光柵的位置信息，計算機根據(jù)需要讀取光柵接口的位置信息。根據(jù)產(chǎn)品兒何特征造型生成相關(guān)的測量驅(qū)動程序，當(dāng)需要測暈時，計算機自動調(diào)用測量程序，驅(qū) 動測頭進行測量，當(dāng)測頭移動過程中遇到工件時，測頭就會發(fā)出一個觸發(fā)信號傳遞給測頭接觸電路、 該電路通過rs主從觸發(fā)器濾掉機械抖動噪聲信號，并將信號傳遞給專用通訊接口卡，通過該接口， 計算機收到測頭的觸發(fā)信號，并

38、立即從光柵傳感器讀取此刻坐標（產(chǎn)品尺寸）信息。同時，測頭反向 運動一個微小距離，使測頭與工件分離，避免移動測頭時劃傷測頭。其棊本實現(xiàn)功能如下圖所示：圖2.2測量功能流程圖fig. 2.2 the flow chart of inspecting function此測量系統(tǒng)不僅可完成加工過程中的序前、序中、序后測量，述能完成對零件的人工示教測量?；?本上可滿足加工中心在線檢測系統(tǒng)的需要。§2-3基于人工示教的在線檢測23.1人工示教檢測方式示教再現(xiàn)（teaching/playback,簡稱t/p方式）方式最初體現(xiàn)于機器人領(lǐng)域，是一種特殊的程序 編制及實現(xiàn)過程。由于其編程過程以及適用范圍

39、的獨特性，在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。進行示教時要考慮示教對象的結(jié)構(gòu)、工件的形狀、重量、材質(zhì)和加工工藝以及周邊設(shè)備等情況。示 教z后要先試運行，并不斷修止軌跡和姿勢，以使作業(yè)狀況最佳，從而得到理想的作業(yè)效果并形成最 終的作業(yè)運行程序問。作為加工制造業(yè)屮高精度、測量范圍廣的測量工具，三坐標測量機不僅提高了測量精度，而且解決 了復(fù)雜形狀表面輪廓尺寸的測量，例如箱體零件的孔徑與孔位，葉片與齒輪、汽車與飛機等的外廓尺寸 檢測，同時還提高了測量效率。三坐標測量機的測量手段主要為探測模式和編程模式，市于本系統(tǒng)檢測 的對象主要為未知零件，基于人工示教的在線檢測技術(shù)主要采用了三坐標測量機的探測模式，在某個檢

40、測領(lǐng)域代替三坐標測量機的功能。通過加工屮心一測量系統(tǒng)一計算機系統(tǒng)組成的加工屮心在線檢測系統(tǒng)代替人工操作完成對未知零 件繁重、效率及精度低下的測量是實現(xiàn)高速、高效的cims的必要和有益的手段及補充。在加工系統(tǒng)作 業(yè)之前必須示教或編程，描述加工中心測頭要運行的軌跡，賦予加工中心各軸所要達到的位置等信息。目前需要示教的任何系統(tǒng)的編程方式主要為在線示教和離線編程兩種，以加工中心作為核心設(shè) 備的cims系統(tǒng)組成的柔性制造系統(tǒng)，不僅耍求高質(zhì)量、高精度，高效率也是必不可少的。由于未知零 件的多樣性以及示教過程的復(fù)雜性單純釆用離線編程或者在線示教是行不通的，前者由于缺少零件不要 的尺寸，在特有的情況下不能編制

41、檢測程序，再有，即使能夠編程也存在現(xiàn)場編程適應(yīng)性差，修改不便 的弊端。后者雖然可以根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境靈活示教編程，但是示教內(nèi)容復(fù)雜，占用生長和調(diào)試的時間過 長，所以在cims系統(tǒng)中，有必要將兩種編程方式相結(jié)合，設(shè)計一種在cims系統(tǒng)中適合未知零件測量 的示教/再現(xiàn)編程方法。2.3.2人工示教檢測的功能組成由以上可知基于人工示教的加工屮心在線檢測技術(shù)的核心為現(xiàn)場示教、離線編程過程，現(xiàn)場示教主 要完成以下功能：1）確定檢測的幾何特征及其檢測的所需的精度，幾何特征的分析在本章的模型規(guī)劃中分析；2）確定測頭運動軌跡點的位置；3）位置地標點的存儲。離線編程主要完成：1）根據(jù)示教的幾何特征類型和示教的參數(shù)環(huán)

42、境計算零件的參數(shù)；2）規(guī)劃進一步檢測的運動軌跡；3）為了避免檢測過程碰撞的發(fā)生，在必要的情況下仿真檢測過程。根據(jù)示教對象的特點，即主要是未知的零件，沒有特定的尺寸可以參考，所以釆用了直接示教的方 式，與傳統(tǒng)的示教方式不同，在本系統(tǒng)中沒有采用示教編程器，采用了同手把手直接示教相似的方式， 手動操作數(shù)控機床的主軸，使測頭運動到需要的位置同工件接觸，測頭發(fā)出觸發(fā)信號，計算機采集到信 號后，根據(jù)需要采集光柵的位置信息，并存儲在開發(fā)平臺的數(shù)據(jù)區(qū)中，完成零件的一個人工示教循環(huán)。 根據(jù)檢測的需要，完成整個零件的示教過程。示教過程完成后，需要對采集的數(shù)據(jù)進行分析、解讀、計算。為了節(jié)省示教時間，又因為示教的兒

43、何信息是不完整的，所以有必要對采集到的幾何信息進行識別。通過對釆集信息的位置分析，得到幾何 特征在坐標系中的位置及其幾何參數(shù)。根據(jù)幾何特征的位置、幾何信息調(diào)用相應(yīng)的檢測宏程序生成應(yīng)用 于加工中心的檢測程序，經(jīng)過仿真，確認無誤后，即可進行檢測作業(yè)環(huán)節(jié)。這個過程為離線編程，又稱 為翻譯過程。由此可知，由于示教過程中確定了兒何特征，所以只需示教待測兒何特征的有效點，即采用點到點 （ptp）的示教方式，而有效點zi'可的軌跡則根據(jù)具體情況采用軌跡規(guī)劃原則而定，這種示教方式的優(yōu)點 主要體現(xiàn)在一下方面：1）僅需對待測零件的少數(shù)點進行示教，示教時不必關(guān)注各個幾何特征之間的位置關(guān)系；2）現(xiàn)場示教不需要

44、特別的運動控制語言，簡單方便；3）示教過程占用的時間大大的減少。§2-4小結(jié)本章首先分析了加工中心在線檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，根據(jù)開發(fā)的難易程度，提出了種新的數(shù)據(jù)采 集方法，即通過轉(zhuǎn)換器來采集示教過程的數(shù)據(jù)，而不同于以往的通過數(shù)控系統(tǒng)來讀取數(shù)據(jù)。作為基于示 教的加工中心在線檢測系統(tǒng)，從理論上和實際上分析了示教的原理及其組成部分，為以后的工作做了總 體上的規(guī)劃。第三章零件的幾何特征和零件模型在零件的檢測過程中，對其基本幾何信息進行示教的同時，還必須進行非檢測過程的測頭運行路徑 的規(guī)劃，如果全部采用示教來完成，示教編程內(nèi)容比較復(fù)雜，工作量大，如果全部編程工作采用在線示 教方式，將占用大量的調(diào)

45、試和生產(chǎn)時間。針對上述狀況，為了減少示教編程的工作量，降低現(xiàn)場示教內(nèi)容的復(fù)雜性，在本課題中將在線檢測 的編程分為在線示教和離線示教兩部分。在線示教部分完成：1）通過手動控制測頭，使測頭接觸待示教基本兒何元素，確定測頭示教軌跡點的準確位置。2） 計算機通過測頭和計算機之間的接口，采集示教的位置坐標，并存儲記憶。2）離線編程完成：通過對示教兒何元素的位置關(guān)系分析，在宏觀上和微觀上進行檢測過程的軌跡規(guī)劃。§3-1零件的分類一個車間加工的零件種類各種各樣，加工檢測信息復(fù)雜，信息量大，要在大量的數(shù)據(jù)中找到需要的 信息，首先必須對復(fù)雜的數(shù)據(jù)進行分類、去粗取精，將其分類才有可能進行數(shù)字化，并進一步

46、建立所需 要的統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。針對本系統(tǒng)主要的檢測對象是未知零件，所以在檢測前對未知零件有一 個超前的概括，或者零件幾何特征信息的超前確定，不僅可以簡化幾何特征信息的釆集，而且對于以后 的數(shù)據(jù)處理也是很方便的。所以對零件的分類是必需的；又由于對于某一生產(chǎn)企業(yè)來說，待加工的零件 形狀是有一定規(guī)律的，所以零件的分類也是可行的。通常對零件的分類主要根據(jù)其外部輪廓的形狀，對于本系統(tǒng)中的待檢測零件來說，按其結(jié)構(gòu)特征主 要分為冋轉(zhuǎn)類零件和非冋轉(zhuǎn)類零件。對于冋轉(zhuǎn)體零件來說，很容易定義區(qū)分其兒何特征。而對于非冋轉(zhuǎn) 體來說，相對來說就很難。但是不同類別的零件其包含的基本兒何結(jié)構(gòu)特征是相同的。從工程上來講，

47、一般零件大體上可分為規(guī)則體和自由曲面體，或者是兩者的結(jié)合，規(guī)則體是由簡單的點、線、面基本的 幾何元素組合而成的，自由曲面體是由復(fù)雜的自由曲面組成的，很難確定其幾何表達方式和在坐標系中 的位置。以上兩種分類方式對于本系統(tǒng)來說，不能很方便的表達出待示教零件的結(jié)構(gòu)特征，在此，根據(jù)系統(tǒng) 的特點，以及采集數(shù)據(jù)的方便，系統(tǒng)主要將零件分為典型零件和非典型零件。典型零件：目前，國內(nèi)在cad標準件方面作了大量的工作，一般采用一類零件一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的 方法。若一些零件具有相似的幾何形狀，只是在尺寸或者局部特征方面有所差別，那么這一類零件就 構(gòu)成一個零件族。比如箱體類、軸類零件等，其外形相差不多，功能也一樣，因此可把

48、其所屬系列產(chǎn) 品定義為一個零件族。從零件族小抽取某一特定尺寸的零件，作為該零件族的類屬成員，其它尺寸的 零件作為家族成員，缺省的繼承類屬成員的所有屬性（包括尺寸參數(shù)、特征等）。可見，類屬成員擁 有整個零件族的共同屬性，是所有家族成員的代表。但是這樣的零件表達方式又有很大的缺點，其數(shù)據(jù)表達的特性決定了有多少類零件就有多少種模 型結(jié)構(gòu)，而常用零件，最少就有上百種，因此對于典型零件庫的開發(fā)有很多缺點，主要體現(xiàn)在：一， 開發(fā)的工作塑大，需要針對不同類型零件進行不同的設(shè)計；二，可擴充性差，由于難以提供完備的零 件庫，因而在實際應(yīng)用中受到很大的限制。所以在本系統(tǒng)中典型零件庫的設(shè)計及應(yīng)用主耍是作為輔助 功能

49、使用的，針對不同的生產(chǎn)廠家規(guī)劃不同的典型零件庫。雖然典型零件庫在設(shè)計和應(yīng)用上存在著很多的聲端，但它的存在是對非典型零件的有益的和必耍 的補充，對于一些廠家來說，對以在很大程度上降低示教幾何特征的占機時間以及提高檢測路徑規(guī)劃 的有效性和可靠性，對于生產(chǎn)自動化來說，也是必不可少的組成部分。非典型零件：常用零件種類繁多，而且各類零件參數(shù)關(guān)系不一樣，某些零件參數(shù)較為復(fù)雜沒有明 顯的規(guī)律可尋，所以很難定義一個通用的模型，而且以上介紹的典型零件所存在的設(shè)計和應(yīng)用上的種 種弊端。針對上述問題，在此利用了一個通用的零件模型，即基于特征的零件模型。通過特征零件模 型對示教的基本幾何特征元素進行存儲，然后對其數(shù)據(jù)

50、進行處理，通過基本幾何特征的位置分析、軌 跡規(guī)劃，得到其檢測宏程序?；編缀翁卣髟刂饕ㄖ愋畔?、孔類信息、臺類信息、槽類信息、圓弧類信息、角類信息 和曲面類信息，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集部分將各個幾何特征的位置示教信息采集并存儲，然后進行數(shù)據(jù)處 理，其詳細處理過程見下一章。§3-2幾何信息的特征表達方式3.2.1基于特征的零件信息描述方法零件信息模型所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合理與否決定著示教信息的分類方式,關(guān)系到系統(tǒng)的運行效率和性 能是否優(yōu)劣，同時，進而影響示教的效率。所以一個完整的、可行的零件定義模型不僅應(yīng)能完整的表達 零件的兒何信息，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上反映這些信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。零件的幾何與工藝

51、信息的描述是國內(nèi)外專家學(xué)者長期關(guān)注的對象，推出了許多信息描述的新方法， 常見的信息描述方法主要有：零件分類編碼描述法。這種描述方法適合于對零件按其結(jié)構(gòu)工藝性進行大的分類，但對零件的具體 形狀、尺寸及精度等無法準確描述。語言描述法。采用類似自然語言的方法描述零件形狀、尺寸等幾何與工藝信息，但比較麻煩且不易 表達清楚。體素描述法。這種方法對描述回轉(zhuǎn)體零件較為實用，零件信息表達充分，但花費時間長，編碼繁瑣， 對非回轉(zhuǎn)體零件的特征描述比較困難。cad直接獲取法。它是從cad系統(tǒng)屮直接獲取兒何、工藝的信息，其結(jié)果本身很少考慮材料、加 工精度等著類加工工藝信息，目前還是一種理想的方式。零件信息描述的這些方

52、法，都有各自的特點和優(yōu)勢，但是也存在看各自的不足，如何能準確有效地 將零件的兒何信息、工藝信息描述出來，能讓計算機有效的接受處理，生成標準的加工、檢測程序，這 正是近年來從事cad/cam集成技術(shù)與在線檢測的專家學(xué)者們不斷探索的目標習(xí)。目前，在cad及其它的一些系統(tǒng)中，注重于零件的點、線、而等兒何信息，這種表達方式，通常 著眼于繪制圖形，與基于示教的在線檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式及完成的功能不能很好的相附和。為了完 整的定義機械產(chǎn)品零件，方便的方法是把零件的結(jié)構(gòu)和工藝信息按它們的性質(zhì)分成一些信息的集合，這 些信息的集合就是特征。因為對于加工人員來說，所關(guān)心的是零件上待檢測表面的信息，由此提出了以

53、特征為基礎(chǔ)的特征造型的基本設(shè)計方法。特征在不同的生產(chǎn)領(lǐng)域和具體應(yīng)用屮有不同的意義和表現(xiàn)形 式，從加工工藝方而來說，特征不僅包括基本體素的幾何信息，而且包含有體素的加工工藝信息，女口， 粗噪度、形位公差、定位尺寸公差等等。自80年代以來，基于特征的設(shè)計方法己被廣泛接受，同時也提出了不少特征的定義，最初的特征 定義僅包含了幾何意義，即主要是它的幾何形狀，但實際上特征應(yīng)該包含更多、更廣泛的含義和信息。 由于特征源于設(shè)計、分析和制造等生產(chǎn)過程的不同階段，因此對特征的認識也不盡相同，至今尚無統(tǒng)一 的特征定義，目前，較為通用的是1992年brown所下的定義佝。特征就是任何己被接受的某一個對 象的幾何、功

54、能元素和屬性，通過他們，我們可以更好的理解該對象的功能、行為和操作。更為嚴格的 講，特征就是一個包含工程含義或意義的兒何原型外形。特征在此已不是普通的體素，而是一種封裝了 各種屬性（attribute）和功能（function）的要素。隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的建立和發(fā)展，尤其是封裝和繼承 的概念的產(chǎn)生，解決了可擴充性和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得特征可以只包含所需得信息，需要時可通過 繼承來添加所需要的信息?；谔卣鞯牧慵畔⒚枋龇椒ú皇前磦鹘y(tǒng)的“純”幾何體素（如塊、體、圓柱體等）來描述零件，而是根 據(jù)零件的幾何特征（如孔、槽、相交平面等）或是加工檢測工藝特征（如平面和的加工檢測等）來描述零 件，不僅含有

55、零件的結(jié)構(gòu)和兒何信息，同時也含有制造信息hl。所以在cad/cam中，特征定義為一種參 數(shù)化的形狀單元，它具有幾何屬性和制造知識二方面的信息，它不是一個單純的幾何實體，而且有別于傳統(tǒng)造型中的體素，也有別于工藝過程中的型面，它是設(shè)計中的體素概念與制造加工中的 型面概念的綜合反映47】。在本系統(tǒng)屮特征定義為：特征：=幾何屬性幾何：二形狀名基本尺寸坐標信息屬性：=尺寸精度幾何公差2?由上述可知，基于特征的零件信息描述模型是具有集成幾何和屬性信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是和在線檢 測相適應(yīng)的，具有以下的主要特點引：特征具有封閉性：特征是在設(shè)計、加工、裝配過程中進行推理所需的關(guān)于零件形狀和其他屬性的信 息集合。我們

56、提到某一特征或某一類特征，是指特定的信息內(nèi)容。比如圓孔，它就是指用中心線、氏度、 直徑來表達的一個空的圓柱，從而使z與槽等其他特征區(qū)別開來。特征具有層次性：雖然孔與槽之間有明顯的界限，但是孔與螺紋孔之間有看聯(lián)系，可以說螺紋孔是 孔的派生。從此可知特征具有層次性。3.2.2幾何特征的分類及關(guān)系基于特征的基本思想認為零件是rh完成某項功能，并且與具體加工檢測方法相聯(lián)系的形面等幾何特 征所構(gòu)成的。從圖形學(xué)的角度看，任何一個機械零件的圖形可以看成是由若干個基本幾何形體構(gòu)成 的組合體；從加工制造的角度看，零件的機械加工過程可以看作是對零件各組成的基本幾何形狀表血進 行逐個加工的組合；同樣從檢測的角度來看

57、，零件的檢測過程可以看作對零件各組成的基本幾何形狀表 面的兒何要素位置進行檢測的組合。由此可以看出，基本兒何形體是三者均能識別ii共享的要素，而這 些基本幾何形體便可稱為形狀特征。在機械產(chǎn)品的設(shè)計和制造過程屮涉及的形狀特征是很多的，為建立 有效的基于特征的零件定義，人們需要從眾多的形狀特征中選擇合適的形狀特征，若把形狀特征按它們 的形狀特點進行分類，將為設(shè)計者、加工檢測操作者合理規(guī)范的選擇它們提供簡捷的路徑。由以上可知，形狀特征是一組與零件形狀相關(guān)的有意義的信息集合，不同的形狀特征對于構(gòu)成零件 的形狀、滿足零件的功能要求或制造要求所起的作用是不同的。根據(jù)其對功能要求和制造要求所起作用 的不同，

58、將形狀特征分為主形狀特征類和輔形狀特征類。圖3.1表明了形狀特征的具體分類：形狀特征主特征輔特征圓柱體 圓錐體 長方體 宏特征孑lffi盤圓孔 錐孔 階梯孔v型槽圖3.1形狀特征信息描述28)fig 3.1 the frame of shape features主形狀特征：用來構(gòu)造零件的基本兒何形狀，主要指圓柱體、圓錐體、長方體等簡單的基本兒何 形狀，還包括較復(fù)雜的宏特征。宏特征的定義可以簡化建模過程，避免各個外表面特征的分別描述，并且能反映出零件的整體結(jié) 構(gòu)、設(shè)計功能和檢測制造工藝。宏特征指具有相對固定的機構(gòu)形狀和加工方法的形狀特征，其兒何形 狀往往比較復(fù)雜，而又不便于進一步細分為其他形狀特征的特征組合。如盤蓋類零件，基本上都是由 宏特征及附加在其上的輔助形狀特征（如孔、槽等）組合而成的。有些零件本身（如軸承端蓋）由一 個宏特征構(gòu)成。輔助形狀