PC-DIMS中CAD數(shù)模坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)例解析

盧志強(qiáng)　金晶

摘要：本文講述在PC-DIMS中導(dǎo)入CAD數(shù)模并轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系輸出報告的問題

關(guān)鍵詞：機(jī)器坐標(biāo)系? 工件坐標(biāo)系? 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換? 點(diǎn)坐標(biāo)? 構(gòu)造平面

我單位目前使用的海克斯康橋式三坐標(biāo)測量機(jī)，在WINXP操作系統(tǒng)下，使用PC-DIMS CAD 2010測量軟件，配置了讀取PRO/E等制圖軟件的功能。在檢測過程中會遇到外形尺寸很復(fù)雜的工件，如果使用傳統(tǒng)的手動測量方法是無法實(shí)現(xiàn)的，因為被檢測工件輪廓曲線是普通游標(biāo)卡尺無法測量的，其形狀位置公差沒有辦法評價，因此，在導(dǎo)入三維數(shù)模以后，使用測量軟件中的掃描功能可以正確快速的實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)以及其它被測要素的輸出。

一.CAD數(shù)模中坐標(biāo)系的確定

圖一所示是某公司送檢的檢具工裝，首先我們需要在繪圖軟件中確定工件的坐標(biāo)原因為在沒有導(dǎo)入數(shù)模之前，我們無法確定工件坐標(biāo)系，怎樣正確擺放被測工件也不太清楚，因此通過導(dǎo)入數(shù)模如（圖一），我們就可以與之相對應(yīng)，方便接下來的測量，圖一中所示的“工件坐標(biāo)”是我們需要對此進(jìn)行檢測的建立的坐標(biāo)位置，這個坐標(biāo)原點(diǎn)很容易實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用“3-2-1”法建立工件坐標(biāo)系，手動采集特征要素，按照建立坐標(biāo)系規(guī)則進(jìn)行選擇后，然后點(diǎn)擊“CAD=工件”，最終點(diǎn)擊“確定”，這就完成了工件擬合了。

二.通過CAD數(shù)模求點(diǎn)坐標(biāo)

圖二所示的是工件在PRO/E軟件下的三維模型，要求測量的尺寸依次是PNT1，PNT2，PNT3…PNT7等7個點(diǎn)（與“點(diǎn)1”等7點(diǎn)是對應(yīng)關(guān)系），表一是設(shè)計要求的PNT1，PNT2…等7個點(diǎn)的理論坐標(biāo)位置，也就是要以PNT1點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的理論坐標(biāo)值，設(shè)計要求實(shí)測值和理論值的偏差在“正負(fù)1毫米”。圖三是經(jīng)過三坐標(biāo)測量后點(diǎn)的位置，它的坐標(biāo)原點(diǎn)如圖所示，并不是PNT1這個點(diǎn)。但是三坐標(biāo)測量出來的結(jié)果如表二，和設(shè)計要求的坐標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)，原因就在于工件坐標(biāo)系發(fā)生變化，工件坐標(biāo)系按設(shè)計要求應(yīng)改為PNT1，這就需要我們用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來判定這些點(diǎn)實(shí)測值。

但是PNT1這個點(diǎn)矢量方向并不確定，設(shè)計要求中沒有注明，這讓我們犯了難，我采用第一種方法：重新建立坐標(biāo)系，將工件坐標(biāo)原點(diǎn)平移到PNT1點(diǎn)，將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置成X0，YO，Z0得出的結(jié)果如表三所示，結(jié)果也差的很遠(yuǎn)，以PNT1為坐標(biāo)原點(diǎn)，其它6個點(diǎn)都不是設(shè)計要求可以接受范圍的值，所以這種方法求這些點(diǎn)的實(shí)測值是錯誤的，只能另辟蹊徑想其它的方法。

三.工件坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

經(jīng)過長時間思考，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計給出的PNT1，PNT2，PNT3三個理論點(diǎn)有一定的規(guī)律（見表一）。PNT1的X，Y，Z坐標(biāo)值都是0，PNT2的Y，Z坐標(biāo)值是0，PNT3的Z坐標(biāo)是0，說明這3個點(diǎn)都在一個平面，且Z坐標(biāo)為0，根據(jù)“3-2-1”建坐標(biāo)系法則，就可以確定Z平面，PNT1，PNT2的Y坐標(biāo)是0，PNT2的X 的坐標(biāo)值可以判定其兩點(diǎn)連線確定X軸的方向，原點(diǎn)為PNT1，這樣就建立了轉(zhuǎn)換后工件的坐標(biāo)系（注：PNT1，PNT2，PNT3是在PRO/E設(shè)計原圖中標(biāo)注的理論點(diǎn)坐標(biāo)值，不是三坐標(biāo)測量出來的實(shí)測值）。圖四所示的是坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后的CAD模型，我們可以清楚的看到工件坐標(biāo)系已經(jīng)建立在點(diǎn)1（PNT1）上，然后依照這個方法輸出報告，如表四所示，實(shí)測點(diǎn)1，點(diǎn)2，點(diǎn)3的坐標(biāo)值分別為（-0.2773，-0.0636，0.5786），（-103.5048，-0.0140，0.5338），（-103.5972，86.3945，0.5246）輸出的結(jié)果基本上是與設(shè)計要求對應(yīng)了，也都在設(shè)計要求的公差范圍內(nèi)，因此，我們判定工件坐標(biāo)系建立是正確的，輸出點(diǎn)的坐標(biāo)值為被檢測工件的實(shí)測值。

以上這是個典型案例，設(shè)計給出的轉(zhuǎn)換后的理論坐標(biāo)點(diǎn)有一定的特征。如果給出的理論坐標(biāo)值不管是哪個方向都不在同一個平面呢，那么以上的特定方法就不適用了，因此，要編寫坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，能包容特定測量方法。我在沒有轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系前選取三個點(diǎn)，這三個點(diǎn)輻射面能包含被檢測工件的最大外形尺寸（檢具的長，寬為≤400，≤300），如圖五所示：

在工件坐標(biāo)系下我們?nèi)∪齻€特征點(diǎn)，分別為（400，0，0），（0，0，0）（0，300，0）即分別A1坐標(biāo)系三個點(diǎn)， ，A，O，B三點(diǎn)在A2坐標(biāo)系下得出的理論值

A’O’B’坐標(biāo)值可以通過數(shù)模中的三個已知點(diǎn)建立坐標(biāo)系，建立坐標(biāo)系的依據(jù)是A1坐標(biāo)系下得到的點(diǎn)1，點(diǎn)2，點(diǎn)3的理論值（建立坐標(biāo)系必須是理論值） 這三點(diǎn)的理論坐標(biāo)值一定是在轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系A(chǔ)2下同一平面上的，通過點(diǎn)1，點(diǎn)2，點(diǎn)3在空間的坐標(biāo)值以及三點(diǎn)所構(gòu)成坐標(biāo)所指的矢量方向可以判斷坐標(biāo)軸的方向，這就構(gòu)成了建立A2坐標(biāo)系的要素，通過坐標(biāo)擬合將A’O’B’三個特征點(diǎn)與點(diǎn)1，點(diǎn)2，點(diǎn)3矢量統(tǒng)一，根據(jù)“面-線-點(diǎn)”原則建立A2，A’O’B’通過三維數(shù)模的點(diǎn)坐標(biāo)讀取是比較很好實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計一旦給出此三點(diǎn)轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)就可以通過以上坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系得到轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)系。值得注意的是往往轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系前測量的理論值是沒有特征的，沒有規(guī)律的，那就需要我們?nèi)?gòu)造一個特征平面所需的坐標(biāo)點(diǎn)，而且要包容工件的外形尺寸，這樣建立坐標(biāo)誤差會小，輸出真實(shí)報告。

四.結(jié)論

我們在測量工件輸出報告后，如果輸出的實(shí)測值與被測工件要求測量的理論值有很大出入的時候，那就說明我們所建立的工件坐標(biāo)系不符合被測要求，這需要我們想辦法去找到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的關(guān)系，結(jié)果表明用這樣的轉(zhuǎn)換方法可以解決很多問題，是實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換通用的轉(zhuǎn)換關(guān)系式。