一种复杂零件制造全过程的数字化检测方法及系统与流程

本发明涉及复杂零件制造领域，特别是涉及一种复杂零件制造全过程的数字化检测方法及系统。

背景技术：

复杂零件具有结构与工艺复杂、加工工艺路线长、多工序、制造精度要求高、质量控制难度大等特点。而这类零件往往是产品的重要组成部分，直接影响了产品的性能与质量。因此，作为质量管控的重要支持手段，复杂零件的检测技术有着重要的作用。然而，虽然目前数字化检测技术取得了一定的发展，但是仍不能满足复杂零件制造全过程的检测需求，具体表现在：(1)当前的数字化检测技术多数情况同时使用了二维工程图与三维模型，前者用于描述检验规程，后者用于编制测量程序，这使得数据源不唯一；(2)复杂零件制造过程多个环节可能存在检测需求，将产生大量的存在关联关系的检测信息，缺乏统一的检测信息载体；(3)检测过程与制造过程在逻辑上存在集成关系，这种集成关系却多数依靠人工维护，缺乏良好的集成机制；(4)检测数据的分析方法多局限于判定是否合格，或者用于统计过程控制，难以发挥三维模型在数据分析中的优势；(5)在研制阶段，复杂零件工程更改频繁，需要有效的工程更改贯彻措施。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种复杂零件制造全过程的数字化检测方法及系统，能够对复杂零件制造过程的每个工序进行检测，提升复杂零件制造过程的检测效率和准确率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种复杂零件制造全过程的数字化检测方法，包括：

构建被测零件制造全过程的三维理论模型；

对所述三维理论模型进行三维工程标注；

根据所述三维工程标注获取被测零件的几何特征和基准特征；

构建被测零件的标识信息；

构建被测零件的检测特征数据结构；

根据所述几何特征和检测特征数据结构构建第一检测规划模型；

根据所述基准特征和第一检测规划模型构建第二检测规划模型；

获取被测零件的加工任务信息、加工工序信息和所述标识信息，为第一信息集；

根据所述第二检测规划模型和第一信息集得到所述被测零件的检测结果。

可选的，所述三维理论模型包括多个工序模型和最终模型。

可选的，所述根据所述第二检测规划模型和第一信息得到所述被测零件的检测特性步骤之后，还包括：

根据所述被测零件的检测结果创建三维检测视图，用于显示被测零件的检测结果。

可选的，所述根据所述第二检测规划模型和第一信息集得到所述被测零件的检测结果，包括：

根据所述标识信息和加工工序信息获取第二检测规划模型中被测零件的理论加工任务信息，为第二信息；

判断所述被测零件的加工任务信息与所述第二信息的差值是否小于预设值；

若是，则所述被测零件合格；

若否，则所述被测零件不合格。

一种复杂零件制造全过程的数字化检测系统，包括：

三维模型建立模块，用于构建被测零件制造全过程的三维理论模型；

工程标注模块，用于对所述三维理论模型进行三维工程标注；

特征获取模块，用于根据所述三维工程标注获取被测零件的几何特征和基准特征；

标识构建模块，用于构建被测零件的标识信息；

数据结构构建模块，用于构建被测零件的检测特征数据结构；

第一检测规划模型构建模块；用于根据所述几何特征和检测特征数据结构构建第一检测规划模型；

第二检测规划模型构建模块，用于根据所述基准特征和第一检测规划模型构建第二检测规划模型；

第一信息集获取模块，用于获取被测零件的加工任务信息、加工工序信息和所述标识信息，为第一信息集；

检测模块，用于根据所述第二检测规划模型和第一信息集得到所述被测零件的检测结果。

可选的，还包括：

显示模块，用于根据所述被测零件的检测结果创建三维检测视图并显示被测零件的检测结果。

可选的，所述检测模块包括：

第二信息获取单元，用于根据所述标识信息和加工工序信息获取第二检测规划模型中被测零件的理论加工任务信息，为第二信息；

判断单元，用于判断所述被测零件的加工任务信息与所述第二信息的差值是否小于预设值；

第一提示单元，用于当所述被测零件的加工任务信息与所述第二信息的差值小于预设值时发出提示；

第二提示单元，用于当所述被测零件的加工任务信息与所述第二信息的差值大于或等于预设值时发出提示。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明以零件的三维理论工序模型与最终模型为基础，对比实体零件的制造工序，可以有效提升复杂零件制造过程的检测效率，降低检测数据转换与传递过程的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明复杂零件制造全过程的数字化检测方法的流程图；

图2为本发明复杂零件制造全过程的数字化检测系统的模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种复杂零件制造全过程的数字化检测方法及系统，能够对复杂零件制造过程的每个工序进行检测，提升复杂零件制造过程的检测效率和准确率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明复杂零件制造全过程的数字化检测方法的流程图，如图1所示，一种复杂零件制造全过程的数字化检测方法，包括：

步骤101：构建被测零件制造全过程的三维理论模型；

步骤102：对所述三维理论模型进行三维工程标注；

步骤103：根据所述三维工程标注获取被测零件的几何特征和基准特征；

步骤104：构建被测零件的标识信息；

步骤105：构建被测零件的检测特征数据结构；

步骤106：根据所述几何特征和检测特征数据结构构建第一检测规划模型；

步骤107：根据所述基准特征和第一检测规划模型构建第二检测规划模型；

步骤108：获取被测零件的加工任务信息、加工工序信息和所述标识信息，为第一信息集；

步骤109：根据所述第二检测规划模型和第一信息集得到所述被测零件的检测结果。

其中，步骤101具体为：

复杂零件制造过程多为多工序加工过程，因此，除了零件的设计三维模型(即零件最终状态的三维模型，简称最终模型)之外，每个工序均存一个中间状态的三维模型，在此称为工序三维模型，简称工序模型；利用catia系统的装配模块功能，按零件加工顺序，将各个工序对应的工序模型以及最终模型在同一个坐标系统下进行装配组合，从而得到面向复杂零件制造全过程的三维理论模型。

步骤102具体为：

三维工程标注包括几何尺寸与公差要求、形位公差要求、表面质量要求以及描述加工过程各类工艺要求的工程注释信息，三维工程标注是零件检测的原始依据。

本发明中，利用catia的三维标注功能以及工程注解功能，为零件制造全过程三维模型增加三维工程标注。

三维工程标注的方法遵循mbd(modelbaseddefinition，基于模型定义)的基本规范。至此，带有检测原始依据的零件制造全过程三维模型(以下简称零件mbd模型)构建完成，是复杂零件制造全过程数字化检测信息的载体，后续的所有活动均基于该三维模型开展。

步骤103-步骤107为第二检测规划模型的构建过程，具体方法原理概述如下：

检测规划是检测业务的起点，该过程以零件mbd模型为基础，构建检测特征，并集成于零件mbd模型中，从而形成复杂零件制造全过程检测规划模型，即第二检测规划模型，具体过程包括：

(1)构建检测特征数据结构

基于catia系统的特征建模机制，构建如下检测特征，并定义其属性：

检测规程：qel_ip，属性包括：编号、版本、零件图号

检测特性：qel_ipitem，属性包括：id、名称、工序号、检测要求qel_ipannotation、检测工具、检测方法

检测要求：qel_ipannotation，属性包括：零件catia模型中的三维标注对象

被测几何特征：qel_ipfeature，属性包括：零件catia模型中被测三维标注所关联的几何特征对象

测量坐标系：qel_axis，属性为：测量坐标系的构建矩连，12个参数，描述测量坐标相对于零件坐标系的位置关系

测点：qel_iptpoint，属性包括：点的6坐标，x,y,z,i,j,k，以及标识id

测量路径：qel_path，属性包括：qel_iptpoint排序后的集合以及标识id

评价项：qel_assitem，属性包括：检测特性qel_ipitem，评价参数(2)构建检测规划模型

本方法获取零件mbd模型中的三维工程标注，调用catia系统的catitps系列接口、tps-ttrs-rge关联机制、geometry&topology关联机制以及ppr系列接口，获取与三维工程标注对应的几何特征以及三维工程标注所关联的基准特征。

基于步骤(1)中所构建的检测特征数据结构，创建检测规程与检测特性，并同时关联创建检测要求与被测几何特征，集成于零件mbd模型中，这些检测特征均与零件mbd模型中的三维工程注释以及几何特征直接联系，至此初步完成检测规划模型的构建，即得到第一检测规划模型。

(3)面向检测规划要求，完善检测规划模型

复杂零件的检测经常使用的数字化检测设备有三坐标测量机与机床在机检测系统。这两种数字化检测设备均为测量程序驱动的数字化检测设备。为了编制测量程序，需要进行测量坐标构建、测量点规划以及测量路径规划。

在步骤(2)所创建的检测规划模型的基础上，系统提取待测零件的测量基准几何特征，调用系统中封装的“三-二-一”法(此方法为标准的坐标系构建方法，本发明中直接封装在系统中，可直接调用)创建测量坐标系，并集成于检测规划模型中。之后，系统提取待测零件检测特性所关联的被测几何特征，组成测量几何特征集。完成后，系统对测量几何特征集进行遍历，提取每一个几何特征的类型与特征参数，遵循几何元素测量的基本原则(这是通用的国际标准，在本发明中，直接封装成固定的算法，集成在系统中)，交互式地在各个被测几何特征上进行测量点规划。完成测量点规划后，系统操作者调用多种测量路径规划算法，交互式地完成测量路径规划。之后，根据检测特性与被测几何特征的关联关系以及被测几何特征与测量点的关联关系，为每一个检测特性创建基于测量点的评价项。完成上述操作后，即完成了检测规划模型的完善工作，也就是第二检测规划模型构建完成。

步骤108-步骤109具体为：

获取零件制造过程的加工任务信息、加工工序信息、零件标识信息(每一个实体零件在开始加工之前都会为之创建一个唯一的标识，类似于身份证号)，并根据零件标识信息，将检测规划模型进行实例化。

实例化过程即根据待测零件的第二检测规划模型对零件制造过程进行检测，从而得到了面向该待检测实体零件加工过程的检测模型实例。之后，根据加工任务与加工工序信息从该检测模型中进行过滤，获得仅与该加工工序相关的检测特性，然后判断该工序的检测特性是否合格，根据该待检测实体零件的标识信息和加工工序信息对应得到第二检测规划模型中被测零件的理论加工任务信息，其中，加工工序信息和理论加工任务信息为一些数值，比如零件对的大小尺寸，以及各个结构之间的距离或位置关系等；然后判断所述被测零件的加工任务信息与所述第二信息的差值是否小于预设值；若是，则所述被测零件合格；若否，则所述被测零件不合格。

本发明还公开了一种复杂零件制造全过程的数字化检测系统，其模块图如图2所示，包括：

三维模型建立模块201，用于构建被测零件制造全过程的三维理论模型；

工程标注模块202，用于对所述三维理论模型进行三维工程标注；

特征获取模块203，用于根据所述三维工程标注获取被测零件的几何特征和基准特征；

标识构建模块204，用于构建被测零件的标识信息；

数据结构构建模块205，用于构建被测零件的检测特征数据结构；

第一检测规划模型构建模块206；用于根据所述几何特征和检测特征数据结构构建第一检测规划模型；

第二检测规划模型构建模块207，用于根据所述基准特征和第一检测规划模型构建第二检测规划模型；

第一信息集获取模块208，用于获取被测零件的加工任务信息、加工工序信息和所述标识信息，为第一信息集；

检测模块209，用于根据所述第二检测规划模型和第一信息集得到所述被测零件的检测结果。

此外，本发明还可以以创建的加工工序的三维检测视图为基础，读取该检测视图中的的检测特性的属性，并以结构化表格的形式进行展示。在该表格的最后增加一列“检测结果”录入框。该结构化表格与三维检测视图在本发明中定义为面向具体测量场景的检测过程指导书，简称指导书。零件检测执行人员即可根据指导书执行检测，并录入数据。

每个工序的三维检测视图中亦包含了测量坐标系、测点与测量路径以及该工序的评价项，系统提取上述检测特征的属性，针对在机测量系统(在数控机床上装上探测头，并在数控系统中安装驱动，即可利用机床直接测量正在加工的零件，这个探测头加上这一套驱动被称为在机测量系统)，则遵循apt标准，创建在机测量程序前置文件。之后针对不同的机床与数控系统，系统调用不同的后置接口(系统中封装了面向不同机床与数控系统的测量程序后置接口，类似于翻译器)，转换成可执行的测量程序，并为该测量程序附加零件标识(被测零件的唯一标识)与加工工序属性(工序号)，作为电子标识；针对三坐标测量机，则本系统遵循dmis(dimensionalmeasuringinterfacestandard，尺寸测量接口规范)标准，创建三坐标测量机可执行的测量程序。同样，为该测量程序附加被测零件标识与加工工序属性(工序号)，作为电子标识。完成测量程序创建后，本系统操作者将该程序上传至程序管理服务器，在需要进行检测时，由测量程序管理系统统一推送，推送依据为测量程序的电子标识。

系统利用检测过程指导书与测量程序驱动检测业务执行过程，并读取每个检测特性的检测数据，以检测规程qel_ip的编号、检测特性qel_ipitem的id以及零件标识作为电子标识，将检测数据与检测特性进行关联，从而实现了检测数据的标识与追溯，这一步骤的作用就是将机器测得的数据上传至办发明的系统中进行处理。

本发明在完成检测数据采集后，基于检测数据的电子标识可将检测数据直接集成于零件检测规划模型中，集成方式是利用本发明系统中的数据导入接口，将检测数据导入致系统中，系统将读取该检测数据中的电子标识，将每一个检测数据与检测规划模型中的检测特性进行匹配，匹配后遵循本发明方法中构建的数据结构，创建检测数据对象，将检测数据与检测特性直接关联，从而构建检测数据分析模型，开展基于三维模型的检测数据分析。系统工作过程如下：

(1)检测数据与检测规划模型的集成

基于qel_ip的编号、qel_ipitem的id、零件标识、加工工序信息等电子标识，将检测数据集成至零件检测规划模型中，将检测数据与qel_ipitem进行一一对应。此外，本系统将三坐标测量机(一种测量设备，常用于复杂零件检测，可以触测零件表面的点，然后返回点的坐标值，生成一份测量报告)与在机测量的测量报告(在机测量系统和三坐标测量机测量完成的结果是以一份测量报告的形式体现的)进行解析，提取其中的测点数据与测点标识，利用测点qel_iptpoint属性，与检测规划模型中的测量点进行一一对应。上述操作完成后，即实现了检测数据与检测规划模型的集成，从而实现检测数据分析模型的构建。

(2)关于单个零件检测数据分析

单个零件检测数据分析的是基于该实体零件所对应的检测规划模型实例展开的，即检测数据是集成于该实体零件对应的检测规划模型实例中。本方法在catia中利用catia的三维标注模块的捕获功能、标注视图功能以及三维标注功能，在每个检测视图的基础上创建检测数据分析视图，即在检测视图中同时显示检测特性、检测要求以及检测数据。利用色差图显示检测结果的误差状态，红色表示不满足检测要求，绿色表示满足检测要求，绿色的深浅程度表示检测数据接近检测要求理论值的程序。

(3)关于批量零件检测数据统计分析

批量零件检测数据统计分析是基于该零件所对应的检测规划模型展开的，即检测数据是集成于该零件对应的检测规划模型中。批量零件检测数据时，其检测数据分析视图中，一个检测特性对应了一批零件的多个检测数据。同样利用色差图显示检测结果。此外，本系统亦会计算这一批零件中各个检测特性对应的检测数据的均值与方差，用于分析该批零件的质量稳定性与趋势。

此外，本发明中，从检测规划到检测数据采集至检测数据分析的数字化检测业务全过程的所有信息均集成于统一的零件mbd模型，且各个阶段的信息均基于统一的电子标识体系实现了关联与可追溯。因此，当零件的工艺要求或者设计状态发生更改时，零件的工序模型与最终模型亦会发生变化。系统将获取零件三维模型的变化，首先利用catia系统的三维标注自动更新功能，更新零件的三维工程标注信息。再启动检测信息同步功能，对每一个qel_ipitem所关联的qel_ipannotation三维标注对象进行检查，如果该三维标注的值发生了变化，则直接更改qel_ipitem的理论要求属性，从而修改检测规划模型。进一步往下传递，检测模型、检测作业指导书、测量程序均进行同步更改。检测数据分析模型中的色差图亦进行同步变化，从而实现工程更改在零件制造全过程检测业务中各个环节的更改贯彻。

本发明还公开了如下技术效果：

本发明模型驱动的制造全过程数字化检测过程为复杂零件制造全过程的检测业务各个环节提供了唯一的数据源，以零件的工序模型与最终模型为基础，进一步集成检测数据，并构建检测规划模型，面向加工过程进行实例化，得到检测结果，实现对复杂零件制造过程的每个工序进行检测，提升复杂零件制造过程的检测效率和准确率。

此外，模型在制造过程中的不断演进驱动检测业务的不断开展，所有的检测业务信息源于模型，集成于模型。相较于传统的检测方法，不需要在检测规划、检测执行、数据分析各个环节进行多类型检测信息的传递，亦不需要对模型进行多次转换，从而提升了检测效率，降低了风险。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。