集成、協(xié)同的一體化數(shù)字化設(shè)計和制造已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的核心理念，如何在產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的同時規(guī)劃產(chǎn)品的測量信息，實現(xiàn)三維CAD環(huán)境下的測量信息和設(shè)計制造信息的交互，是數(shù)字化測量技術(shù)應(yīng)用中的一項關(guān)鍵創(chuàng)新性研究工作，也是針對大型產(chǎn)品實現(xiàn)先進(jìn)數(shù)字化制造和裝配技術(shù)的核心研究內(nèi)容之一。
本文在CATIA環(huán)境下開發(fā)了集成大尺寸測量軟件系統(tǒng)，直接利用產(chǎn)品CAD模型，測量信息與產(chǎn)品CAD模型直接相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了產(chǎn)品測量信息與設(shè)計信息的自由流動。
系統(tǒng)總體方案
集成大尺寸測量軟件系統(tǒng)基于CATIA二次開發(fā)實現(xiàn)，系統(tǒng)總體方案如圖1所示。首先由產(chǎn)品工程師根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求制定具體的尺寸形位公差等測量要求；其次測量工程師在系統(tǒng)測量儀器能力知識庫支撐下確定測量儀器的配備方案，并按照測量方案進(jìn)行測量系統(tǒng)的配置和測量過程的規(guī)劃；然后由測量人員按照前面制定的測量計劃并結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境操作測量儀器實施數(shù)據(jù)采集；最后將檢測結(jié)果信息向質(zhì)量和產(chǎn)品設(shè)計等部門反饋，并用于對產(chǎn)品質(zhì)量合格性進(jìn)行分析，對工藝能力監(jiān)測，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計和制造工藝流程，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、加工和檢測信息傳遞閉環(huán)。
系統(tǒng)各功能模塊實現(xiàn)
集成大尺寸測量軟件系統(tǒng)主要包括測量對象定義、測量儀器選擇、測量系統(tǒng)配置、測量操作規(guī)劃、測量數(shù)據(jù)采集和測量結(jié)果分析等功能模塊。
1 測量對象定義
測量對象定義的主要功能是定義與CAD模型關(guān)聯(lián)的檢測對象的相關(guān)信息，主要包括定義檢測項、定義測量基準(zhǔn)要素和確定測點的分布等內(nèi)容。
2 測量儀器選擇
測量儀器選擇是測量工藝規(guī)劃的重要步驟之一，也是測量工藝資源配備的主要內(nèi)容。測量儀器的選擇配套方案直接影響到后續(xù)測量方案的制定。合理的測量儀器對測量精度、測量效率有重要的影響。儀器的選取目標(biāo)是選擇測量能力滿足要求且整體性能最佳的儀器或儀器組合。測量約束條件與儀器性能指標(biāo)匹配所包含的主要因素如圖2所示。通過在測量儀器庫的支持下，調(diào)用可測量性分析算法，通過測量對象、測量要求和測量環(huán)境三方面的約束條件與測量儀器庫中儀器各項性能參數(shù)的匹配，計算待選儀器各項屬性匹配相似度值的加權(quán)總和，然后依據(jù)該值選擇測量能力滿足要求且整體性能最佳的儀器，實現(xiàn)測量儀器選擇功能。
3 測量系統(tǒng)配置
在大型零部件的測量中，經(jīng)常組合不同類型測量儀器以滿足復(fù)雜環(huán)境下特殊任務(wù)的測量需求，常見的組合測量方式有激光跟蹤儀+關(guān)節(jié)臂、激光跟蹤儀+激光掃描儀、室內(nèi)GPS+關(guān)節(jié)臂等。
為完成具體測量任務(wù)對多臺相同或不同測量儀器進(jìn)行組合的技術(shù)，稱為測量系統(tǒng)配置，它是大尺寸測量中的核心和關(guān)鍵問題[1-2]。易用、精確和快速的測量系統(tǒng)配置是大型零部件測量中的一個緊迫技術(shù)需求，已經(jīng)成為一種必然的發(fā)展趨勢[3]。測量系統(tǒng)配置的流程如圖3所示，首先構(gòu)建測量網(wǎng)絡(luò)，然后通過測量系統(tǒng)初步配置以保證產(chǎn)品的可測量性，最后以測量不確定度為指標(biāo)進(jìn)行測量系統(tǒng)的詳細(xì)配置[4]。
4 測量操作規(guī)劃
測量操作規(guī)劃是測量操作活動的規(guī)劃環(huán)節(jié)，是形成指導(dǎo)測量人員實施測量活動的規(guī)范操作流程的過程。測量操作過程是與具體測量任務(wù)密切相關(guān)的，本文為測量操作規(guī)劃模塊提供一個通用性的規(guī)劃操作工藝步驟的平臺，在工藝知識庫的支持下，通過人工決策和交互選取來完成測量操作詳細(xì)流程的制定。
5 測量結(jié)果分析
按照測量操作規(guī)劃的結(jié)果，使用測量儀器進(jìn)行測量數(shù)據(jù)采集，然后根據(jù)所采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行測量結(jié)果分析，即計算測量結(jié)果（包括形位誤差等）并利用蒙特卡洛仿真方法評估其測量不確定度[5] 。實例驗證
以某型號衛(wèi)星中心承力筒組裝測量為實例，系統(tǒng)地驗證了本文成果在大型零部件測量中的可用性和實用性。根據(jù)檢測要求，按照測量對象定義、測量儀器選擇、測量系統(tǒng)配置和測量操作規(guī)劃等步驟進(jìn)行測量規(guī)劃，測量對象、測量儀器和站位、測量工藝過程等信息掛在測量模型特征樹上，以便統(tǒng)一管理（圖4）。