Особенности программного обеспечения для координатных измерений
Эффективность и достоверность процесса измерения на координатных измерительных приборах (КИП), машинах (КИМ) и системах (КИС) зависит как от технических и метрологических характеристик базовой аппаратной части КИМ, так и от функциональности программного обеспечения (ПО), адекватности применяемых методик координатных измерений (МКИ).
МКИ включает в себя стратегию измерения (рекомендуемое число точек, их расположения на контролируемых поверхностях и последовательность обхода (траекторию движения) при измерении) и набор расчетных моделей, математически описывающих взаимосвязь координат измеренных точек с определяемыми линейно–угловыми параметрами.
МКИ обеспечивается с помощью специализированного метрологического ПО. Большинство программных пакетов являются «штатными» для соответствующих моделей КИМ (например, PC-DMIS для КИМ DEA, Calypso для КИМ Zeiss). Некоторые производители КИМ по требованию Заказчика устанавливают в качестве основного или дополнительного пакета ПО сторонних производителей, например, до недавнего времени таким ПО был PowerInspect фирмы Delcam. Можно вместо ПО PC-DMIS для КИМ DEA заказать установку ПО QUINDOS (является базовым для КИМ Leitz, а фирмы DEA и Leitz вместе входят в концерн Hexagon Metrology).
В общем случае программное обеспечение координатной измерительной машины предназначено для:
- выбора типовых стратегий измерения и разработки управляющей программы координатного контроля детали;
- управления циклом измерения координат заданного массива точек, принадлежащих реальным поверхностям детали;
- математической обработки результатов измерения и расчетов заданных геометрических параметров элементов (размеров, отклонений формы и расположения);
- проведения статистических расчетов, оформления протоколов, хранения и поиска метрологической информации;
- проведения типовых процедур координатной метрологии: калибровки измерительных головок и измерительных наконечников, математического базирования для определения положения системы координат детали в системе координат координатной измерительной машины, поверки и калибровки для определения соответствия действительных метрологических характеристик координатной измерительной машины нормируемым.
При разработке современных версий ПО для координатного измерительного оборудования используются принципы сквозного проектирования в соответствии с требованиями стандартов CALS-технологий. В ПО интегрируется расчетное ядро и интерфейсы для работы с каркасными и твердотельными CAD моделями деталей. В многих версиях ПО предусмотрена возможность загрузки и преобразования данных большинства наиболее популярных CAD-форматов: DWG, DXF, IGES, STEP, STL и др.
В развитых CAD-форматах, например, таких как STEP (серия стандартов ISO10303), для передачи данных об изделии в файле с помощью стандартных протоколов кодируется информация о составе и конфигурации, геометрической модели изделия (детали), административные и специальные данные, в т.ч., что очень важно, показатели точности линейно-угловых параметров: допуски размеров, отклонений формы и расположения поверхностей.
Эта информация позволяет полностью автоматизировать процесс разработки УП для контроля на КИМ. Данные о геометрической модели уже содержат сведения по всей совокупности типовых геометрических элементов, из которых состоит контролируемая деталь, и об их взаимном расположении. В зависимости от компоновки КИМ, типа измерительной головки, заданной точности измеряемых параметров автоматически выбирается типовая стратегия измерения для каждого геометрического элемента и подпрограммы для расчета необходимых линейно-угловых параметров. Стратегия измерения графически отображается на экране монитора в виде точек или траектории движения измерительного наконечника, расположенных на поверхностях 3D-модели детали. Для удобства работы на экране может графически отображаться положение ИГ и узлов КИМ. Графический интерфейс дает возможность оператору корректировать положение опорных точек и траекторий (рисунок А.11), вводить в рабочем пространстве КИМ зоны запретные для перемещений ИГ (например, в местах расположения элементов установочных приспособлений или калибровочной оснастки). Трехмерная симуляция процесса измерения позволяет проводить предварительную проверку сгенерированного варианта УП в offline-режиме. Результаты измерений и расчетов фактических значений линейно-угловых параметров детали могут быть выведены на экран, сохранены в виде отчетов и протоколов на бумажных и электронных носителях или интегрированы в файл CAD-формата для использования в других САПР.
ПО для координатных измерений на универсальных КИМ предоставляет пользователю возможность запрограммировать для контроля одной и той же детали или геометрического элемента различные варианты МКИ. Пользователь (инженер-метролог или оператор КИМ) сам отвечает за правильность выбора МКИ, ориентируясь на служебное назначение детали. При отсутствии специализированного метрологического ПО для измерения геометрических параметров резьбовых конических калибров необходимо ориентируясь на рекомендации раздела 9 данного стандарта и возможности универсального ПО для координатных измерений разработать пакет оригинальных управляющих программ для всей используемой на предприятии номенклатуры калибров. Оценку пригодности разработанных УП для координатных измерений резьбовых калибров рекомендуется производить в соответствии с п.9.8 данного стандарта.
Другой подход к назначению МКИ сложился при координатных измерениях узкой номенклатуры типовых деталей и инструментов (в т.ч. конических резьбовых калибров). Для уменьшения ошибок, исключения неоднозначности и субъективности необходимо предельно ограничить универсальность и обеспечить защиту от несанкционированных изменений типовой (заданной разработчиком ПО) методики координатных измерений. В этом случае ответственность за правильность выбора МКИ и качество ее реализации при программировании процессов координатных измерений резьбовых калибров несет разработчик специализированного метрологического ПО.
Реализация циклов управления процессами измерений, рабочими и холостыми перемещениями производится за счет спроектированных разработчиком ПО программных модулей и подпрограмм управления, в том числе четырехкоординатными перемещениями. В сочетании с набором типовых команд, функций и подпрограмм для анализа результатов координатных измерений и составления отчетов используются типовые УП измерения стандартных конструкций резьбовых конических калибров. За счет параметрической структуры УП производится ее адаптация для каждого конкретного случая измерения в зависимости от конструкции, типоразмера и степени точности контролируемых параметров. Типовые параметрические УП хранятся в «закрытой» от пользователей базе данных, которая обеспечивает защиту от несанкционированных изменений стандартной (заданной разработчиком ПО) методики координатных измерений.
Через систему взаимозависимых меню и окон генерируются стандартные инструкции для операторов и наладчиков комплекса: схемы измерения, установки и математического базирования контролируемых деталей и инструментов, список используемой оснастки, последовательность установки ИГ, ИН и схемы их калибровки. Оператору-контролеру остается только строго следовать инструкциям, задающим последовательность ручных и автоматических этапов контроля.
Дополнительно приведена ссылка на видео лекцию автора по этой теме для студентов Южно-Уральского государственного университета (2020 г).