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在工程設(shè)計和制造領(lǐng)域，CAD數(shù)模比對是一項至關(guān)重要的技術(shù)。它涉及到將計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)模型與實際制造出的零件或組件進(jìn)行比較，以確保設(shè)計的精確性和產(chǎn)品的一致性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD數(shù)模比對已成為提高生產(chǎn)效率、降低成本和提升產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將深入探討CAD數(shù)模比對的重要性、過程以及它如何幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程。

所謂CAD數(shù)模對比，基本概念如下：在使用計算機(jī)輔助設(shè)計CAD軟件設(shè)計產(chǎn)品，建立其原始CAD模型并加工成型后，為判斷加工成型后的產(chǎn)品在形狀和尺寸方面是否達(dá)到設(shè)計要求，需要分析加工成型后的產(chǎn)品和原始CAD模型之間的差別。

數(shù)模對比所采用的方法是:首先對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化掃描，再根據(jù)掃描獲取的數(shù)據(jù)重建其三維數(shù)字化模型，然后與其原始三維CAD模型進(jìn)行比對分析。目前對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化掃描常用的技術(shù)有三坐標(biāo)機(jī)測量、超聲波測量和工業(yè)CT等。其中工業(yè)CT掃描技術(shù)能以圖像形式準(zhǔn)確反映工件的內(nèi)外部情況，且不受工件復(fù)雜程度的影響，目前已成為檢測復(fù)雜產(chǎn)品(特別是含有內(nèi)腔的產(chǎn)品)的重要手段。

由于工業(yè)CT對產(chǎn)品進(jìn)行掃描時有其獨立的坐標(biāo)系，導(dǎo)致重建的三維數(shù)字化模型坐標(biāo)系不同于產(chǎn)品原始三維CAD模型的坐標(biāo)系，在對這兩個模型進(jìn)行比對分析時，必須首先進(jìn)行配準(zhǔn)。

利用工業(yè)CT對產(chǎn)品進(jìn)行掃描時，需要根據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)外結(jié)構(gòu)情況來確定裝夾方式，掃描坐標(biāo)系不一定與原始CAD模型的坐標(biāo)系一致，這樣根據(jù)掃描數(shù)據(jù)重建的三維數(shù)字化模型與其原始的三維CAD模型常常不會處于同一坐標(biāo)系中。因此，需要對三維重建模型進(jìn)行空間變換，使其與CAD模型在空間上對齊。

工業(yè)CT三維重建模型一般為立體光刻成型STL格式的表面模型，它通過大量的三角面片擬合實體表面來表現(xiàn)模型的空間特征，為方便配準(zhǔn)計算，將CAD模型離散為表面點云模型。

經(jīng)典的PAC配準(zhǔn)方法存在一些缺陷，如計算出的兩模型慣量矩陣的特征向量沒有確定的正負(fù)號，導(dǎo)致模型的第二和第三主方向符號不確定，這將對后續(xù)旋轉(zhuǎn)矩陣R的求解產(chǎn)生致命影響形心和質(zhì)心作為點集的固有特征，在正確配準(zhǔn)時，兩點之間的相對位置關(guān)系不會隨空間剛體的變換而變化。當(dāng)配準(zhǔn)反向時，點云的形心與質(zhì)心的相對位置關(guān)系與正常情況反向，因此該位置關(guān)系便可作為一種是否反向的判斷標(biāo)準(zhǔn)。通過計算點云模型的形心與質(zhì)心位置關(guān)系來判斷是否有反向發(fā)生，能夠正確配準(zhǔn)的前提為點云模型的形心與質(zhì)心不重合。由于工業(yè)CT自身的貫穿性特點，其掃描的產(chǎn)品大多包含內(nèi)腔，且不規(guī)則，質(zhì)量在空間上分布不均勻，重建出的點云模型形心與質(zhì)心一般不重合，適合采用本方法。如果形心與質(zhì)心重合的產(chǎn)品使用本方法計算時有可能產(chǎn)生錯誤，不屬于本方法適用的范圍。重慶大學(xué)段黎明等教授通過對照實驗，發(fā)明并驗證了能夠解決PCA方法配準(zhǔn)時的反向問題，在完成模型方位正確配準(zhǔn)的前提下，能夠?qū)⑴錅?zhǔn)誤差保持在較小范圍，為后續(xù)精配準(zhǔn)提供較好的初始位置。

以前，工業(yè)CT應(yīng)用于零件與零件之間的比較:可于對兩個被掃描的零件一起進(jìn)行比較，例如將老的生產(chǎn)零件與新功能零件或與兩個不同制造廠生產(chǎn)的同樣零件進(jìn)行比較。這樣，就能夠很容易地識別零件變化中的偏差，以減少昂貴的加工處理時間，或用來驗證一個加工工藝。

如今，數(shù)模對比也是工業(yè)CT新的應(yīng)用范圍，例如將零件進(jìn)行工業(yè)CT掃描，然后與CAD比較，用于一個被掃描零件與CAD數(shù)據(jù)之間的比較。這種方法已經(jīng)顯示出很多優(yōu)點，尤其是可視化的比對軟件出現(xiàn)后，其分析速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的方法。

一般來說數(shù)模對比是通過工業(yè)CT及分析軟件(VGstudio MAX)可以將CT數(shù)據(jù)與CAD數(shù)?；蛘逤T數(shù)據(jù)進(jìn)行******擬合，以直觀的顏色編碼對分析的結(jié)果進(jìn)行可視化，不僅可以得到工件整體的偏差，還能得到感興趣區(qū)域的具體偏差值。并且可用各種參數(shù)規(guī)定公差，例如偏差(最大、最小、累積偏差)，對于物體型面復(fù)雜、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)限制或者材料原因出現(xiàn)無法提取到內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的光學(xué)掃描方法，CT檢測的優(yōu)勢在于可以對內(nèi)外部所有結(jié)構(gòu)的進(jìn)行比對，且不太受材料吸光性等原因的影響。對三維數(shù)據(jù)的直接處理減少了測量的不確定性, 提升了整體處理時間, 這在連續(xù)檢測或在線 CT數(shù)據(jù)分析中尤為重要。

總結(jié)

CAD數(shù)模比對是確保產(chǎn)品設(shè)計與實際制造一致性的關(guān)鍵技術(shù)。它不僅有助于提升產(chǎn)品質(zhì)量，還能優(yōu)化生產(chǎn)流程，降低成本。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD數(shù)模比對將在智能制造領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。企業(yè)應(yīng)重視這一技術(shù)的應(yīng)用，以提高自身的競爭力。