《基于三維模型的數(shù)字化檢驗》

ICS03.120.10

A00

中國質(zhì)量協(xié)會團體標準

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基于三維模型的數(shù)字化檢驗

GuidelineofDigitalInspectionBasedon3DMode

（征求意見稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國質(zhì)量協(xié)會發(fā)布

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引言

目前，在數(shù)字化環(huán)境構(gòu)建需求的牽引下，研制單位在設計環(huán)節(jié)上已啟動了數(shù)字化樣機的研制；在

工藝環(huán)節(jié)上進行了三維制造和裝配工藝的仿真技術(shù)研究；在制造環(huán)節(jié)利用數(shù)字化加工和裝配設備、物

料存儲和輸送系統(tǒng)、生產(chǎn)過程的數(shù)字控制等開展了數(shù)字化生產(chǎn)；在管理環(huán)節(jié)上借助信息化平臺實施了

精益管理。數(shù)字化研制環(huán)境的變化，也帶來了制造過程質(zhì)量管理要求和方法的相應轉(zhuǎn)變：制造過程的

管控對象從單一的實物驗證向虛擬驗證、預防控制轉(zhuǎn)變；質(zhì)量控制方式從單一的事后把關(guān)向數(shù)據(jù)自動

采集、過程在線監(jiān)督轉(zhuǎn)變；文件、要求的執(zhí)行從人工管控向信息系統(tǒng)對流程的剛性管控轉(zhuǎn)變；質(zhì)量管

控的對象、節(jié)點從關(guān)注結(jié)果向?qū)θ^程、全要素的監(jiān)督管控轉(zhuǎn)變，形成一種“實物+過程+體系+聯(lián)合

管理”相結(jié)合的全面監(jiān)督質(zhì)量工作模式。

數(shù)字化制造過程質(zhì)量控制要求的轉(zhuǎn)變，使得基于三維模型的數(shù)字化檢驗也產(chǎn)生了相應變化：

1、產(chǎn)品檢驗的依據(jù)發(fā)生了變化。最直接的就是表達形式發(fā)生了變化，二維工程圖紙被三維數(shù)字

模型所取代。隨著三維設計技術(shù)的不斷完善，基于三維模型的制造和檢驗技術(shù)也逐步從技術(shù)研究走向

工程應用。在航空領域，已從單純的基于三維模型的制造向三維設計、三維工藝、三維制造仿真、三

維檢驗的產(chǎn)品研制全過程應用發(fā)展，實現(xiàn)了三維模型信息在產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)的貫通和使用，保證了

全壽命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性，提高了產(chǎn)品的研制效率。由于數(shù)字化生產(chǎn)制造是依據(jù)三維模型直接傳

遞設計意圖，沒有二維工程圖的輔助，這就要求必須將產(chǎn)品的設計信息完整、規(guī)范地定義到三維設計

模型中；將產(chǎn)品的制造要求完整、規(guī)范地定義到三維工藝模型中；將產(chǎn)品的檢驗信息完整、規(guī)范地定

義到三維檢驗模型中。因此數(shù)字化設計、數(shù)字化制造、數(shù)字化檢驗每個環(huán)節(jié)質(zhì)量管控該做什么，怎么

去做，流程如何推送，如何閉環(huán)，必須有統(tǒng)一的標準體系。

2、產(chǎn)品檢驗的方法、手段發(fā)生了變化。隨著數(shù)字化、自動化制造水平越來越高，基于三維模型

的檢測技術(shù)作為制造技術(shù)的一部分也進入了數(shù)字化發(fā)展時代，不斷向高精度、高效率、自動化、智能

化方向發(fā)展，主要發(fā)展方向包括：1）基于MBD的檢測技術(shù)。其核心是以數(shù)據(jù)的傳遞和要素的自動識別

提取為檢測原理，通過計算機輔助技術(shù)、數(shù)字化檢測技術(shù)規(guī)劃、檢測數(shù)據(jù)管理等各個軟件之間的集成

與融合，對檢測數(shù)據(jù)的自動采集和檢測資源的有效傳遞，實現(xiàn)檢測三維模型信息的即時反饋和無縫傳

遞。2）三坐標測量技術(shù)。新一代測量機普遍具有與外界設備通訊的功能，可以直接讀取IGES、STEP、

PRO-E等數(shù)字模型，實現(xiàn)了從簡單信息的獲取到復雜信息的融合。3）激光掃描測量技術(shù)。采用與理想

要素比較的原則，利用“點云”數(shù)據(jù)建立起被測對象的物理模型，通過專業(yè)軟件與設計模型進行比對

評價，顯著提高制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量管控效率。由此可見，基于三維模型的數(shù)字化檢驗必須具備相關(guān)功能

的軟、硬件支撐才能得以實現(xiàn)。

3、過程檢驗的策略發(fā)生了變化?！笆讬z+批檢”、“工序檢+成品檢”的傳統(tǒng)質(zhì)量控制策略在數(shù)

字化生產(chǎn)環(huán)境下檢驗內(nèi)容與要求也發(fā)生了相應變化。在首件全要素檢驗合格、數(shù)控軟件歸檔后，批量

生產(chǎn)制件的檢驗不僅僅可依據(jù)GJB179A、GB2828等的規(guī)定抽樣，還應根據(jù)企業(yè)自身特定產(chǎn)品數(shù)控加工

的特點，結(jié)合實際生產(chǎn)過程中更換不同機床、不同班次、不同加工者等情況，制定企業(yè)規(guī)范，明確實

施數(shù)量及要素的抽檢策略要求。

III

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本標準以基于三維模型制造的機械零部件幾何尺寸檢驗為對象，結(jié)合基于三維模型的數(shù)字化接觸

式測量與非接觸式測量方法的應用實踐，融合國家標準、行業(yè)標準的要求，形成數(shù)字化環(huán)境下基于三

維模型的數(shù)字化檢驗實施指南，為企業(yè)全面推進實施三維數(shù)字化檢驗提供參考和借鑒。

IV

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基于三維模型的數(shù)字化檢驗實施指南

1范圍

本標準規(guī)定了基于三維模型的數(shù)字化檢驗實施的要求、流程與方法。

本標準適用于數(shù)字化環(huán)境下基于三維模型制造的機械零部件幾何尺寸的檢驗。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有

的修改單（不包含勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方

研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。

GB/T19000質(zhì)量管理體系基礎和術(shù)語

GB/T1804一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差

SJ21304電子裝備數(shù)字化工藝基本術(shù)語

3術(shù)語和定義

GB/T19000界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1三維模型

應用三維軟件，在計算機中反映產(chǎn)品幾何要素、約束要素和工程要素信息的集合。

3.2數(shù)字化檢驗

采用數(shù)字化手段，對產(chǎn)品的一個或多個特性進行測量、檢查、試驗或度量，并將結(jié)果與三維數(shù)字

模型規(guī)定的要求進行比較以確定每項合格情況的活動，稱為數(shù)字化質(zhì)量檢驗，簡稱數(shù)字化檢驗。

3.3接觸式測量

接觸式測量是通過測頭與被測工件接觸，采集被測表面的輪廓點，進行數(shù)據(jù)處理后，從而獲得被

測工件的表面輪廓信息。

3.4非接觸式測量

非接觸式測量是以光電、電磁等技術(shù)為基礎，在不接觸被測物體表面的情況下，得到物體表面參

數(shù)信息的測量方法。

4一般要求

4.1人員要求

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檢驗人員應通過培訓取得專業(yè)資格證書，能夠熟練操作數(shù)字化專業(yè)檢驗設備，按照規(guī)定的檢驗能

力范圍開展產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。

4.2設備要求

檢驗設備要求如下：

a)接觸式測量設備：具備機械接觸式觸發(fā)測頭或掃描測頭的三坐標測量機。

b)非接觸式測量設備：具備非接觸激光掃描測量功能的三坐標測量機。

c)檢驗設備的測量軟件具備自動識別、提取三維模型中的檢驗要素及自動編程等功能。

d)檢驗設備的精度通常應比被測量指標精度高4倍或以上。

e)測量時應保證檢驗設備完好，計量合格標識在有效期內(nèi)。

4.3環(huán)境要求

針對不同產(chǎn)品的差異，識別可能直接對產(chǎn)品檢驗結(jié)果產(chǎn)生影響的環(huán)境因素，如環(huán)境溫度、濕度、

電磁、潔凈度、多余物等，對相關(guān)環(huán)境影響因素應實施有效的控制。如檢驗環(huán)境的標準溫度為20℃，

如果測量環(huán)境的溫度、等因素影響測量結(jié)果，應在測量不確定度評估時考慮。

4.4技術(shù)規(guī)范要求

a)具備相應的三維設計標注的標準、規(guī)范，三維模型應能準確表達產(chǎn)品零部件本身的幾何屬性、

工藝屬性、質(zhì)量檢驗屬性以及管理屬性等信息，以滿足工藝設計、制造過程各個階段對數(shù)據(jù)的需求。

三維模型的標注應滿足以下要求：

——模型標注應規(guī)范、完整、清晰；

——標注的尺寸應與相應模型特征的圓整尺寸一致，標注的尺寸的數(shù)值不應人為更改。對于模型

與實物不完全一致的模型，如：彈簧、齒輪、蝸輪、蝸桿等零件應在注釋中加以說明；

——不宜以注釋形式標注尺寸；

——偏公差尺寸應標注為驅(qū)動尺寸；

——對簡化模型和允許省略建模的結(jié)構(gòu)要素應標注和說明。如：螺紋、滾花、倒角、倒圓、砂輪

越程槽等幾何特征；

——模型特征的尺寸和標注尺寸值為加工完成后、表面處理前的尺寸，否則應另加說明；

——選擇尺寸界限的依附類型應遵循“面-線-點”的優(yōu)選次序；

——模型標注應分視圖進行規(guī)范性管理；

——未標注公差尺寸的極限偏差按GB/T1804《一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差》相

關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

b)規(guī)定實施數(shù)字化制造過程的控制規(guī)范要求，如：信息格式、數(shù)據(jù)接口、電子簽名、模型版本控

制等。

c)具備相關(guān)的數(shù)字化檢測技術(shù)標準、規(guī)范。

5檢驗工作流程與要求

5.1檢驗工作流程

基于三維模型的數(shù)字化檢驗工作流程如圖1所示，

2

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圖1三維數(shù)字化檢驗流程

5.2檢驗工作要求

5.2.1分析檢驗需求

讀取三維模型，對三維模型中已標注的和不可見的尺寸、公差、符號、注釋、技術(shù)要求以及材料

等屬性進行識別和查詢，分析出所有檢驗要素需求。

可利用專業(yè)軟件將三維模型中的標注信息自動提取，包括測量要素理論值、公差等，形成檢驗需

求規(guī)劃。

5.2.2制定檢驗方案

根據(jù)被測對象的結(jié)構(gòu)特征和屬性要求以及制定的相關(guān)數(shù)字化檢測技術(shù)標準、規(guī)范，確定合適的檢

測方法，選擇滿足產(chǎn)品精度要求的檢測設備，規(guī)劃詳細的測量步驟與內(nèi)容。

基于三維模型的機械零部件檢驗，可根據(jù)對三維模型中檢驗特性的分析，結(jié)合產(chǎn)品設計精度要求，

制定檢驗方案。

a)平臺測量。對于外形較為規(guī)則、測量參數(shù)較少、精度要求不高的機械零部件，推薦優(yōu)先選擇具

備數(shù)據(jù)自動采集、存儲功能的平臺測量手段，如測高儀；

b)接觸式自動化測量。對于幾何形狀較為規(guī)則、測量參數(shù)較多、精度要求較高的殼體類、板類等

機械零部件，推薦采用基于尺寸測量接口標準的三坐標接觸式測量方法；

c)非接觸式激光掃描比對測量。對于剛性較差的薄壁件及具有復雜包絡曲面特征的異形結(jié)構(gòu)件，

推薦采用三坐標激光掃描比對的非接觸式測量方法。

5.2.3實施產(chǎn)品檢驗

按照制定的檢驗方案開展機械零部件幾何尺寸的檢驗。

a)檢驗工作準備。熟悉檢驗依據(jù)，明確檢驗項目的質(zhì)量要求，準備檢驗工具、量具、設備。

b)檢驗測試。用規(guī)定的方法和手段檢查和測試產(chǎn)品，獲取產(chǎn)品的質(zhì)量特性值。采用平臺測量選擇

測高儀時，注意先將測頭在標準校驗塊上校準。采用自動化測量設備選擇三坐標時，可先離線編制測

量程序。接觸式自動化測量的具體操作步驟參見附錄A。非接觸式激光掃描對比測量的具體操作步驟

參見附錄B。

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c)比較判定。將檢驗的質(zhì)量特性與質(zhì)量要求進行自動比較、判定。

d)檢驗結(jié)果處理。按規(guī)定記錄檢驗數(shù)據(jù)及判定結(jié)果，形成表格或圖樣式的檢測報告和誤差分析報

告。對合格品做標識放行，對不合格品做標識、隔離并及時報告。

5.2.4數(shù)據(jù)分析反饋

通過建立分布式的生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)采集點，實時采集生產(chǎn)過程質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)并錄入管理平臺。

利用生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)采集終端軟件，對過程質(zhì)量數(shù)據(jù)進行集中管理和統(tǒng)計分析，實現(xiàn)生產(chǎn)過程質(zhì)量

數(shù)據(jù)的在線共享和實時查詢，為前端設計、工藝和生產(chǎn)制造提供修正和改進的信息反饋，實現(xiàn)設計質(zhì)

量和工藝安排的持續(xù)優(yōu)化、生產(chǎn)制造過程異常問題的及時處理。

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附錄A

（資料性附錄）

三坐標接觸式測量檢驗方法應用實例

針對應用PC-DIMS軟件實施三坐標接觸式測量的步驟與要求基本如下：

A.1測量規(guī)劃

工序檢驗以工藝模型為依據(jù)，成品檢驗以設計模型為依據(jù)。應用三坐標自動編程軟件進行基于模

型的三維數(shù)字化產(chǎn)品的測量規(guī)劃,對數(shù)模中的幾何尺寸、單一要素、關(guān)聯(lián)要素、技術(shù)要求等測量特征

進行識別、提取、添加，按照測量軟件制定的規(guī)則形成產(chǎn)品的測量程序。

打開編程軟件PC-DIMS，導入三維模型，在模型上建立坐標系，原則上測量坐標系與設計模型（工

藝模型）的坐標系一致。

將程序模式切換成DDC模式，進入自動測量模式。

點擊自動測量元素（自動點，自動圓，自動圓柱，自動圓槽，自動方槽等）對話框，在對話框中

進行元素參數(shù)設置，點擊創(chuàng)建，即生成相關(guān)測量程序。

對生成的程序進行模擬測量，檢測測量程序的安全性。

A.2固定零件

遵守安全操作規(guī)程，將零件安放在方便檢測，阿貝誤差最小的位置用壓板或?qū)Ｓ霉ぱb固定牢固。

A.3測頭校驗

按照測量程序中定義的測頭文件，在標準球上進行測針直徑和位置的校驗。

A.4建立坐標系

建立坐標系應按以下要求進行：

一般位置坐標測量可建立直角坐標系，角度、極值測量時可建立極坐標系。

根據(jù)坐標系的建立方法及零件的特征，規(guī)則的產(chǎn)品使用常規(guī)坐標系（即3-2-1坐標系），非規(guī)則

的零件可使用迭代法建坐標系。

設計文件有明確標注基準的前提下，坐標系建立必須遵循基準重合原則，即測量基準與設計基準

保持重合。

建立坐標系一般需要手動粗建坐標系和自動精建坐標系兩次。

A.5測量

執(zhí)行測量程序，自動采集元素進行測量。

測量過程中需仔細觀察，防止測頭與被測件碰撞。

A.6評估報告

按照設計要求對測量要素逐項評價后形成三坐標測量報告。

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附錄B

（資料性附錄）

三坐標非接觸式測量檢驗方法應用實例

基于模型的三維數(shù)字化產(chǎn)品的非接觸式測量，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、比對評價三個步驟。

首先通過利用具備激光掃描功能的三坐標測量設備，快速、準確、有效地獲取制造對象表面離散點的

空間幾何數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)點云；數(shù)據(jù)點云經(jīng)過稀釋、分層、刪除誤差點等基本處理后，快速重構(gòu)檢驗

對象的三維實體數(shù)據(jù)；最終通過應用比對軟件進行三維實體模型與三維設計模型的快速比對，從而對

制造對象進行質(zhì)量評估。

針對應用Carmo測量軟件實施三坐標非接觸式測量的步驟與要求基本如下：

B.1導入設計模型

導入設計模型的格式應為通用的STEP、PRO/E、IGES等格式。

導入后的設計模型擺放的位置矢量應與零件在三坐標平臺上的擺放位置矢量一致。

B.2選擇測頭角度

測頭角度的選擇應按照零件擺放的方位進行選擇：

掃描外表面時，按被測面的法向方向選擇測頭角度。當被測表面材料有反射時，按被測表面的法

向方向偏置±7.5?～±15?選擇測頭角度。

掃描內(nèi)側(cè)面時，測頭角度以能采集到被測量表面以及測頭運動安全的原則進行選擇。

B.3激光配置

激光輪廓是在掃描一個組件時激光使用的參數(shù)的集合。這些參數(shù)包括能源、曝光時間、信號閾值

和幾個過濾選項。當檢測元素時，根據(jù)被測件的材料和顏色屬性通過驅(qū)動配置對話框并且使用屬性窗

口或者激光2D預覽窗口創(chuàng)建多重激光輪廓。

B.4光束參數(shù)設置

當掃描被測表面曲率變化小時，增加光束移動時線與線之間、點與點之間的距離參數(shù)。

當掃描被測表面曲率變化大時，減少光束移動時線與線之間、點與點之間的距離參數(shù)。

B.5掃描模式的選擇

掃描模式的選擇應按以下要求進行:

規(guī)則的產(chǎn)品根據(jù)零件擺放位置，可按照零件的正面到側(cè)面的順序選擇逐個面掃描。

曲面的產(chǎn)品可按照從左到右，從上到下的順序進行掃描。

B.6執(zhí)行掃描

根據(jù)掃描模式，建立掃描路徑，激光三坐標自動執(zhí)行掃描步驟。

測量過程中仔細觀察，