专利名称：一种曲线面逆向产品的数据文件检验法的制作方法
技术领域：
本发明涉及三坐标测量机对曲线面产品的检验方法，尤其适用于用触发式测头采 用等分度测量法或等距测量法完成曲线面逆向工程，利用数据文件对其产品轮廓的量化分 析和检验，以及机械制造中对曲线面产品如凸轮系列的测试和质量控制等。本发明同时也 适用于机械制造领域对曲线面产品在测量机上的精密测试技术研究，如多个凸轮曲线之间 的相对偏差评价等。
背景技术：
上世纪九十年代初在全世界提出所谓“先进制造技术及设备”的研究和开发热潮， 逆向工程的概念在美国汽车业应运而生。在机械制造业，逆向工程通常指实物转变为CAD 图纸或模型的相关数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术，如复杂曲线面的测量、 测量数据在CAD/CAM中的建模和在NC机床上的加工等。逆向工程在制造领域的实际应用 中，主要包括以下几个内容(1)新零件设计，用于产品改型或仿形设计；( 现成零件测量 及复制，再现原产品的设计意图及重构三维数字化模型；(3)损坏或磨损零件的还原，以便 修复或重制；(4)产品的检测，如对加工产品与三维数字化模型之间的误差进行分析，即逆 向产品检验。不论用何种方法加工，都应该对其加工精度进行检验。逆向工程技术有较强的 针对性，在机械制造业，逆向工程研究有一二十年时间，近几年来广泛应用于各领域，究其 因，它能带来制造产品精确和制造效率高。在三坐标测量领域，能高效率完成逆向工程的测 量软件系统，应算PC-DMIS，比如测量过程中，它能及时将所测元素如孔、线、面等生成CAD/ CAM能直接读取的数据文件利于建模，以便在数控机床上完成制造；同时，CAD/CAM的设计 模型文件转化为相应格式如igs可以导入PC-DMIS，可在该模型上快速生成测量程序实施 该逆向产品的测量，因此，用PC-DMIS检验不含曲线面的逆向产品是很方便的。曲线面的设计、制造和测量是较难的，主要在于曲线面产品应用范围广及应用要 求不同，因此，即使现在先进的PC-DMIS测量软件也未必能完全测量复杂曲线面。总之，在 三坐标测量技术领域，对曲线面产品的测量，除非测量机公司提供专业的软件，否则，要完 成曲线面产品测量，必须自行设计测量软件，因为一般坐标测量机厂商不提供如凸轮曲线、 空间曲面等测量功能，因此，一般不容易测量含有曲线面的产品。在逆向工程中，若测量精度很高，建模误差小，数控机床精度高，则逆向产品存在 不检验的情况，这些，都和逆向产品的应用性质决定，比如精度要求低的凸轮，只有外观要 求或技术要求不高的曲线面等。另外，检验含曲线面的逆向产品，实际上，等同于再作一次 逆向工程，再加上作加工误差分析，因此，技术难度较大。曲线面逆向产品检验，通常方法是 用逆向工程技术将该曲线面产品的数据特征逆向到CAD模型中比较，该方法能定性分析， 但难量化检验。例如，在制造凸轮过程中，若检验其曲线面，要将其测量数据文件再次逆向 到CAD/CAM模型中做检验分析，因此，CAD技术要求高，花时间多，效率低，相应复杂等。此外，在计量检验中，也常遇到两个或多个凸轮曲线之间的加工误差比对，例如， 如某个制造企业同时提供两个凸轮曲线产品，一个是原始件，另一个是它的仿制件，要检验该仿制件对原始件的制造误差状况，此时，研究应用数据文件检验法，有着其它方法难于达 到的检验效率。近十年来，云南玉溪红塔集团完成大量凸轮系列的精密测量，要快速完成其产品 检验，一直是较难的课题。红塔集团所设计的测量不同曲线面的软件，其设计方法是有规律 的，如采用等分度测量法和等距法，应用该理论，经过研究和实验，通过曲线面测量中生成 的数据文件，通过软件设计，一一对应比较数据文件里的坐标特征参数，能对逆向产品实施 高效率检验。
发明内容
本发明提供一种曲线面逆向产品的数据文件检验法，它能快速完成曲线面逆向产 品的数字式检验，为解决上述问题，本发明所述一种曲线面逆向产品的数据文件检验法包 括如下步骤一种曲线面逆向产品的数据文件检验法，其特征在于，包括下述步骤(1)利用等分度测量法测量曲线面产品的轮廓曲线，生成对应产品轮廓曲线上各 点的第一数据文件；(2)利用第一数据文件制造曲线面逆向产品；(3)利用等分度测量法测量曲线面逆向产品的轮廓曲线，生成对应逆向产品轮廓 曲线上各点的第二数据文件；(4)比较第一数据文件和第二数据文件的特征变量，其差值即为曲线面逆向产品 上每点所对应的误差。进一步，所述的曲线面产品和曲线面逆向产品为平面盘型凸轮。所述的步骤(1) 进一步包括如下步骤(1. 1)确定平面盘型凸轮的测量坐标系及原点；(1. 2)确定起始定位点的坐标；(1. 3)关闭测针半径补偿，使测针从起始定位点位置沿径向方向趋近目标测量点， 测量的矢量方向指向原点，得到目标测量点的坐标；(1. 4)根据该目标测量点的坐标确定下一定位点坐标；(1. 5)关闭测针半径补偿，使测针从下一定位点位置沿径向方向趋近下一目标测 量点，测量的矢量方向指向原点，得到下一目标测量点的坐标；(1. 6)确定第j个定位点的坐标；(1. 7)关闭测针半径补偿，使测针从第j个定位点位置沿径向方向趋近第j个目标 测量点，测量的矢量方向指向原点，得到第j个目标测量点的坐标；(1.8)重复步骤(1.6)至(1.7)，直到完成整个平面盘型凸轮轮廓曲线测量；(1. 9)根据各个目标测量点的数据形成第一数据文件。同理，可得到平面盘型凸轮逆向产品各个目标测量点的第二数据文件。检验两个数据文件对应点的特征变量极半径r j。进一步，所述的曲线面产品和曲线面逆向产品为圆柱凸轮，所述的步骤(1)进一 步包括如下步骤(1. 1)确定圆柱凸轮的测量坐标系及原点；
(1.2)确定圆柱凸轮上曲线A在XOY平面上的投影极半径值为R1，其为常数恒定 值；(1.3)确定A上第一测量点Al的坐标，极半径为R1，初始极角为a，预测输入ζ坐 标值Z1'，该值与实际点误差应小于测量趋近距离；(1. 4)关闭测针半径补偿，利用测量机测量该第一测量点坐标，得到第一测量点 Al的精确坐标位置；(1. 5)确定第二测量点Α2的坐标，极半径仍为R1，极角为Φ2 = a+ θ，θ是极角 等分度变化量，第二测量点的预测Z坐标值z2’ = zl ；(1. 6)测量第二测量点的精确坐标；(1. 7)确定第j测量点Aj的坐标极半径为R1，极角Φ = a+(j-l) θ，预测ζ坐 标值z/ = Zjm (j > 2)，测量第j测量点Aj的精确坐标，直到完成整个轮廓面测量；(1. 8)重复步骤(1. 3)至(1. 7)，测量其它极半径为R2、R3......Rn的曲线，测量
轮廓面A ；改变测量的趋近矢量方向，重复步骤(1.3)至(1.7)，测量B曲线面。(1. 9)根据各个目标测量点的数据形成第一数据文件。同理，可得到圆柱凸轮逆向产品各个目标测量点的第二数据文件。检验两个数据文件对应点的特征变量坐标Zj。与现有技术相比，本发明所述的一种曲线面逆向产品的数据文件检验法的有益效 果为它应用于机械制造中的逆向产品检验。由于等分度测量法有高的等分度准确度， 因此，可以在该条件下对特征变量如极半径，Z坐标等实施检验，可应用于初加工和实验中， 快捷完成该凸轮曲线的数字式检验；由于用等分度测量法完成凸轮的曲线测量时，用数据 文件进行CAD/CAM建模和制造，设定其数据文件作为理论曲线文件，对它的制造产品做测 量检验时，其产生的数据文件作为被检曲线文件，所以，通过数据文件比对对应参数，能迅 速分析加工误差，并且利于做统计分析，快速得出逆向产品加工质量的初步分析报告；在计 量测试领域，即使不是使用等分度测量法或等距测量法完成的凸轮曲线面产品，只需要提 供出完成逆向工程中使用的原始件和它的逆向产品，使用该发明，同样可以生成该曲线面 产品的两个数据文件进行比对和检验分析，所以，本发明在计量测试领域有广阔的应用前 景，如应用于多个凸轮曲线之间的相对偏差评价等，并且能推广到其它曲面的测量领域，如 空间曲面测量。由于测量机有高的测量重复精度，所以，类似于等分度测量法，用等距测量 法完成的曲线面产品，该发明中的数据文件检验法也可以做类似的研究和应用。
下面结合附图对发明进一步说明图1为等分度测量平面凸轮的坐标系示意图；图2为等分度测量平面凸轮分布测点示意图；图3为平面凸轮测量曲线分析检验示意图；图4为测量圆柱凸轮的测量方法示意图；图5为等分度测量法对应圆柱凸轮轮廓的测点分布示意图；图6为圆柱凸轮某R圆周截面上展开示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的曲线面逆向产品的数据文件检验法。第一、针对平面盘型凸轮系列如图1和图2所示，为凸轮曲线的局部图。在平面盘型凸轮面的测量坐标系中使 用极坐标系，原点设在平面盘型凸轮的基圆中心。Sl和S2表示凸轮的实际轮廓曲线，Ml和 m2表示测针中心测定该实际轮廓线的曲线轨迹，M2和ml表示测针中心测量定位的始点轨 迹曲线，其中Ml和m2分别是曲线Sl和S2的等距曲线，它们之间相差一个测针半径值，S曲 线分别是Sl和S2的中心线，也是曲线Ml和m2的中心线，实际是该滚子推杆盘型凸轮理论 轨迹线，Φ 为推杆的滚子直径。首先，在平面盘型凸轮面上建立测量坐标系。其次，采用等分度测量方法测量平面盘型凸轮面轮廓曲线。1)确定第一定位点A的坐标位置，确定其极半径R1，初始极角W，Z坐标为Ζ1，通 常W取0，Z坐标值通常为常数，Rl的取值稍大于rl的估计值加常数(测量趋近距离d如 6mm)，如图 2。2)关闭测针半径补偿，利用测量机使测针从A位置沿径向方向趋近测量Sl曲线， 测量的矢量方向指向原点，测量第一测量点的坐标，得到第一测量点Al的坐标；3)计算下一个定位点B和测量点Bi，Bl的极半径取Al的极半径rl，Z坐标取Al 的Z坐标，Al点和A2点投影在XOY坐标系中的极角差值为θ，即r2 = Γι, Φ2 = w+θ , ζ2 = ζ1;其中θ可以取Γ或0.5°等，在实施例中θ取1° ;4)利用测量机使测针从B位置沿径向方向趋近测量Sl曲线，测量的矢量方向指向 原点，测量第二测量点的坐标，得到第二测量点Bl的坐标；5)利用计算第j测量目标点的坐标的公式r」=, Φ j = ff+(j-l) θ，Zj = Z1 (j > =3)，重复步骤；3) 4)，测量Cl，Dl......，直到整个平面盘型凸轮轮廓曲线测量完毕；6)轮廓曲线测量完毕即生成数据文件，能用于通用软件的读取，如PROF、CAD/CAM 等，并完成测针半径补偿等，在CAD/CAM中完成逆向工程，在CNC数控机床上完成该逆向产 品的制造；7)所述步骤3)-6)中，同时也生成A1、B1、C1、D1等各点号j、极角Φ」及其极半径 rj组成的数据文件，并将该文件设定为理论曲线文件testl ；8)S2曲线的测量与上述步骤1)-7) —致。9)按上述各步骤1)-8)，在等精度测量条件下(环境条件、测量基准、测量方法、测 量坐标系建立与上次一致)，测量由NC数控机床上完成的该逆向产品，同时也生成各点号 j、极角Φ」及其极半径 组成的数据文件，并将该文件设定为被检曲线文件test2 ；10)通过设计程序，读取testl和test2数据文件，计算各点号j和极角Φ」所对 应的极半径h的误差，并将该误差视为逆向产品的曲线面加工误差，并将该误差对应各点 号j和极角Φ」再次生成TXT数据文件以利于其它数字化分析和处理，如发送检验报告或 误差曲线图绘制。在逆向工程中，数据文件检验法用于帮助控制和检验分析逆向产品的加工误差， 它能快捷完成如盘型凸轮曲线面的数字式检验，特别应用在初加工和实验中。如果测绘原
8件的M曲线和逆向产品的M曲线高度吻合，则其数据文件中的对应数据如极半径值也高度 一致，即逆向产品加工精度高，如逆向产品M曲线的数据文件中对应的极半径值和测绘原 件中的不一致，不一致的程度，则反映了逆向产品加工中实际存在的误差程度。另外，由于 轮廓的误差评定通常要在该轮廓曲线的法线上评定，因此，其大小值不一定等于该极半径 误差的变化量，因为，该方法评定的凸轮曲线加工误差是在径向上评定。通过多年的实践， 该方法快捷，用它计算的误差值比用CAD/CAM分析的误差值稍大。如要求准确度高，应该在 CAD/CAM中完成。以下通过实施例的测量数据，进一步具体分析说明数据文件检验法。如图2中的Sl曲线，在第一次测量中的数据文件名为testl.mea，共360个测 量点，其逆向产品用同样的方法在测量机上进行测量，产生的数据文件名为TeSt2.mea。 通过程序设计，分别计算出对应点的极角Pa、轨迹极半径prl、pr2和对应的极半径偏差 pr2-prl。计算程序设计中，加入极半径偏差pr2_prl的极值查找、平均值计算及方差分析寸。凸轮(曲线)检验分析值-追溯分析文件NO. 1理论曲线文件c: \wtutor\meas\testl. meaNO. 2 被检曲线文件 c \wtutor\meas\test2. meaNo. 3TXT 分析文件c \wtutor\meas\test. txt-不打印范围偏差+/-0. 00000标准测针补偿=1.49404-(点号)(极角)轨迹极半径轨迹极半径极半径差ηpaNO:Iprl NO 1 pr2 pr2_prl-10. 000220. 998932. 000442. 999253. 999565.001775. 998287.001198. 0014109. 003211 9.99941210. 999213 11.998814 13. 0032
9
216.2027216.20300.0003216.1998216.20070.0008216.2019216.20310.0012216.2043216.20490.0006216.2043216.20450.0003216.2036216.20450.0008216.2034216.20500.0016216.2056216.20580.0001216.2063216.20670.0004216.2090216.20930.0002216.2098216.21010.0003216.2095216.20990.0004216.2091216.21080.0016216.2107216.21110.000权利要求
1.一种曲线面逆向产品的数据文件检验法，其特征在于，包括下述步骤(1)利用等分度测量法测量曲线面产品的轮廓曲线，生成对应产品轮廓曲线上各点的 第一数据文件；(2)利用第一数据文件制造曲线面逆向产品；(3)利用等分度测量法测量曲线面逆向产品的轮廓曲线，生成对应逆向产品轮廓曲线 上各点的第二数据文件；(4)比较第一数据文件和第二数据文件的特征变量，其差值即为曲线面逆向产品上每 点所对应的误差。
2.根据权利要求1所述的数据文件检验法，其特征在于，所述的曲线面产品和曲线面 逆向产品为平面盘型凸轮。
3.根据权利要求1所述的数据文件检验法，其特征在于，所述的曲线面产品和曲线面 逆向产品为圆柱凸轮。
4.根据权利要求2所述的数据文件检验法，其特征在于，所述的步骤(1)进一步包括如 下步骤(1. 1)确定平面盘型凸轮的测量坐标系及原点； (1.2)确定起始定位点的坐标；(1. 3)关闭测针半径补偿，使测针从起始定位点位置沿径向方向趋近目标测量点，测量 的矢量方向指向原点，得到目标测量点的坐标；(1. 4)根据该目标测量点的坐标确定下一定位点坐标；(1. 5)关闭测针半径补偿，使测针从下一定位点位置沿径向方向趋近下一目标测量点， 测量的矢量方向指向原点，得到下一目标测量点的坐标； (1. 6)确定第j个定位点的坐标；(1. 7)关闭测针半径补偿，使测针从第j个定位点位置沿径向方向趋近第j个目标测量 点，测量的矢量方向指向原点，得到第j个目标测量点的坐标；(1.8)重复步骤(1.6)至(1.7)，直到完成整个平面盘型凸轮轮廓曲线测量； (1. 9)根据各个目标测量点的数据形成第一数据文件。
5.根据权利要求2根据权利要求2所述的数据文件检验法，其特征在于，所述的步骤 (3)进一步包括如下步骤(3. 1)确定平面盘型凸轮的测量坐标系及原点； (3. 2)确定起始定位点的坐标；(3. 3)关闭测针半径补偿，使测针从起始定位点位置沿径向方向趋近目标测量点，测量 的矢量方向指向原点，得到目标测量点的坐标；(3. 4)根据该目标测量点的坐标确定下一定位点坐标；(3. 5)关闭测针半径补偿，使测针从下一定位点位置沿径向方向趋近下一目标测量点， 测量的矢量方向指向原点，得到下一目标测量点的坐标； (3. 6)确定第j个定位点的坐标；(3. 7)关闭测针半径补偿，使测针从第j个定位点位置沿径向方向趋近第j个目标测量 点，测量的矢量方向指向原点，得到第j个目标测量点的坐标；(3. 8)重复步骤(3. 6)至(3. 7)，直到完成整个平面盘型凸轮轮廓曲线测量；(3. 9)根据各个目标测量点的数据形成第二数据文件。
6.根据权利要求4所述的数据文件检验法，其特征在于，对平面盘型凸轮建立极坐标 系，其中步骤(1. 1)进一步包括测量极坐标系的原点设在平面盘型凸轮的基圆中心； 步骤(1. 2)进一步包括令起始定位点Pl的极半径为R1，极角为w，w通常取0 ； 步骤(1. 3)进一步包括目标测量点Al的极半径为rl，极角为w ； 步骤(1. 4)进一步包括令下一定位点P2的极半径R2 = rl+d,极角为w+ θ，其中d为常数；步骤(1.5)进一步包括下一目标测量点A2的极半径为r2，极角为w+θ ；步骤(1. 6)进一步包括令第j个定位点Pj的极半径Pj = r(j-l)+d，极角为w+(j-l)θ ；步骤(1. 7)进一步包括第j个目标测量点Aj的极半径为rj，极角为w+(j-l) θ。
7.根据权利要求5所述的数据文件检验法，其特征在于，对平面盘型凸轮建立极坐标 系，其中步骤(3. 1)进一步包括测量极坐标系的原点设在平面盘型凸轮的基圆中心； 步骤(3. 2)进一步包括令起始定位点Pl的极半径设为Rl，极角为w，w通常取0 ； 步骤(3. 3)进一步包括目标测量点Al的极半径为rl，极角为w ； 步骤(3. 4)进一步包括令下一定位点P2的极半径R2 = rl+d,极角为w+ θ，其中d为常数；步骤(35)进一步包括下一目标测量点A2的极半径为r2，极角为w+θ ；步骤(3. 6)进一步包括令第j个定位点Pj的极半径Pj = r(j-l)+d，极角为w+(j-l)θ ；步骤(3. 7)进一步包括第j个目标测量点Aj的极半径为rj，极角为w+(j-l) θ。
8.根据权利要求6或7所述的数据文件检验法，其特征在于，θ可以取Γ或0.5°； Rl的取值稍大于rl的估算值加常数d，d = +/_6mm，其中外凸轮取正，内凸轮取负。
9.根据权利要求6或7所述的数据文件检验法，其特征在于，特征变量指极半径rj。
10.根据权利要求3所述的数据文件检验法，其特征在于，所述的步骤(1)进一步包括 如下步骤(1.1)确定圆柱凸轮的测量坐标系及原点；(1. 2)确定圆柱凸轮上曲线A在XOY平面上的投影极半径值为R1，其为常数恒定值；(1.3)确定A上第一测量点Al的坐标，极半径为R1，初始极角为a，预测输入ζ坐标值 ζ/，该值与实际点误差应小于测量趋近距离；(1.4)关闭测针半径补偿，利用测量机测量该第一测量点坐标，得到第一测量点Al的 精确坐标位置；(15)确定第二测量点A2的坐标，极半径仍为R1，极角为φ2 = 3+θ，θ是极角等分度 变化量，第二测量点的预测Z坐标值z2’ = zl ； (1. 6)测量第二测量点的精确坐标；(1. 7)确定第j测量点Aj的坐标极半径为R1，极角Φ = a+(j-l) θ，预测ζ坐标值 ζ/ = Zj^a > 2)，测量第j测量点Aj的精确坐标，直到完成整个轮廓面测量；(1.8)重复步骤(1.3)至(1.7)，测量其它极半径为R2、R3......Rn的曲线，测量轮廓面A ；改变测量的趋近矢量方向，重复步骤(1.3)至(1.7)，测量B曲线面。 (1. 9)根据各个目标测量点的数据形成第一数据文件。
11.根据权利要求3所述的数据文件检验法，其特征在于，所述的步骤C3)进一步包括 如下步骤(3. 1)确定圆柱凸轮的测量坐标系及原点；(3. 2)确定圆柱凸轮上曲线A在XOY平面上的投影极半径值为R1，其为常数恒定值； (3. 3)确定A上第一测量点Al的坐标，极半径为R1，初始极角为a，预测输入ζ坐标值 ζ/，该值与实际点误差应小于测量趋近距离；(3.4)关闭测针半径补偿，利用测量机测量该第一测量点坐标，得到第一测量点Al的 精确坐标位置；(3. 5)确定第二测量点A2的坐标，极半径仍为R1，极角为Φ2 = a+ θ，θ是极角等分 度变化量，第二测量点的预测Z坐标值z2’ = zl ； (3. 6)测量第二测量点的精确坐标；(3. 7)确定第j测量点Aj的坐标极半径为R1，极角Φ = a+(j-l) θ，预测ζ坐标值 Z/ = Zj^a > 2)，测量第j测量点Aj的精确坐标，直到完成整个轮廓面测量；(3.8)重复步骤(3. 3)至(3. 7)，测量其它极半径为R2、R3......Rn的曲线，测量轮廓面A ；改变测量的趋近矢量方向，重复步骤(3. 3)至(3. 7)，测量B曲线面。 (3. 9)根据各个目标测量点的数据形成第二数据文件。
12.根据权利要求10或11所述的数据文件检验法，其特征在于，步骤(1.8)或步骤 (3.8)中的测量的趋近矢量方向包括沿矢量(0，0，-1)的测量方向及沿矢量(0，0，1)的测量方向。
13.根据权利要求10或11所述的数据文件检验法，其特征在于，θ可以取1°或 0. 5°。
14.根据权利要求10或11所述的数据文件检验法，其特征在于，特征变量为zj。
全文摘要
一种曲线面逆向产品的数据文件检验法，其特征在于，包括下述步骤(1)利用等分度测量法测量曲线面产品的轮廓曲线，生成对应产品轮廓曲线上各点的第一数据文件；(2)利用第一数据文件制造曲线面逆向产品；(3)利用等分度测量法测量曲线面逆向产品的轮廓曲线，生成对应逆向产品轮廓曲线上各点的第二数据文件；(4)比较第一数据文件和第二数据文件的特征变量，其差值即为曲线面逆向产品上每点所对应的误差。
文档编号G01B21/20GK102147244SQ20101011226
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者吕小波, 李存华, 祁跃东 申请人:红塔烟草(集团)有限责任公司