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摘 要：在使用三坐标测量机测量轮廓度的过程中，我们往往需要导入3D模型与实际测量数据点位进行匹配，通过实际与理论相比对获得轮廓度偏差值。这个计算过程输出有两个选择，那就是最佳拟合和基准拟合，本文通过对基准特征对齐分析方法、最佳拟合分析方法的具体论述，结合典型案例，提出了基准对齐分析和最佳拟合数据分析方法的适用性范围。
关键词：基准特征对齐 最佳拟合对齐 内基准 外基准
中图分类号：O241 文献标识码：A 文章編号：1674-098X（2019）09（a）-0072-02
在常见的测量案例中，基准对齐分析方法的应用更为普遍，原因在于，从加工制造角度看，其数据分析思路与产品制造思路如出一辙，按部就班从建立初始基准出发，来判断后续待测特征与数模的偏离状态。就此而言其数据分析结果更具有说服力。最佳拟合分析则仅在自由曲面分析等领域有所应用并没有被业界所广泛接受，但是最佳拟合数据分析是否真的一无是处或者适用性低尚有待论证，本文对这两种数据分析方法进行深入的讨论和研究[1]。
1 基准对齐数据分析简介
基准特征对齐，顾名思义可理解为，在整个测量工程中将所有被测要素以及基准特征数据进行采集获取，将数据包在分析软件下进行对齐分析，将数据包中的基准特征数据进行辨别和分类，保证基准特征与所有被测数据相对位置保持不变的前提下，将基准特征数据和与之进行对比分析的数模相应基准特征数据进行对齐，并在此对齐基础上观察其他所有被测数据与数模相应位置的数据偏差。“基准特征对齐”主要用于有规则外形的零件，通过创建在CAD 模型和点云上对应的基准或特征的拟合，达到CAD模型和点云的整体对齐[2]。
2 最佳拟合数据分析简介
最佳拟合，同样在测量工程前期需将所有被测要素以及基准特征数据进行数据采集获取，后期将数据包在分析软件下进行对齐分析，将数据包中的基准特征数据与被测数据进行辨别和分类，保证基准特征与所有被测数据相对位置保持不变的前提下，将所有被测数据和与之进行对比分析的数模相应位置数据进行最佳拟合。最佳拟合方式的原理是先求出点云数据的质心、最小惯性主轴，再使其与CAD模型的质心、最小惯性主轴拟合，进行曲面匹配[3]。并在此对齐基础上观察所有被测数据与数模相应位置的数据偏差。
3 基准对齐、最佳拟合数据分析方法适应性分析
从对最佳拟合的解释当中可以发现，采集的基准特征数据自始至终并没有让其参与分析运算。但是，在极端情况下，假设整个制造过程包括数控编程在内没有加工误差产生，按部就班依据加工基准孔进行制造加工，那么无论是基准对齐还是最佳拟合，其分析结果最终都应该是殊途同归。只不过从生产制造角度而言，基准对齐反映的是整个制造对象包括加工基准孔与加工型面在内与数模的实际符合状态，此种方法是将基准特征作为首要考虑对象。而最佳拟合则反映的是实际加工型面与数模的符合程度，此种方法则是将实际使用型面为首要考虑对象。在了解这些之后，再进行分类考虑。
实际生产当中，最终使用要求不同，其加工方法也会有所改变。接下来以一幅简单的分析案例为例来进行说明：
图中分别为R25以及R22.5的两个圆，可以认为图纸要求为制造R25的圆，但实际制造为R22.5的圆，要求公差为±3，下方两个小圆分别为数模中与实际制造时的加工基准孔。
如果基准孔自身只是为了加工圆而产生，且无后期装配需求，无位置度需求，最终会被打磨或者去除。则认为可以使用最佳拟合进行数据分析，且分析结果为合格，满足公差要求，如图1。
如果基准孔自身有后期装配需求，且有位置度需求，则此种情况下应使用基准对齐进行数据分析，分析结果为不合格，不满足公差要求（如图2）。
从以上案例可知，生产制造可大致分为下面两类。一类是，装配过程、被测要素之间有位置度要求的工件，这些都是对基准有较高要求的制造种类。另一类是，被测要素之间无位置度要求且仅需要对外形符合程度进行判断的工件。为了更好地对这两类零件进行区分，现在引入两个全新的概念，即外基准和内基准。
拥有内基准的典型工程案例如装配型架（见图3），装配型架主要用于飞机零件的装配，主要是由骨架和定位器有机连接起来。骨架主要选用梁、杆等，型架材料一般采用方钢或者矩钢，根据零件特点亦采用其它型材。而无论是装配型架亦或是其他的装配而言，从基准开始往后都是环环相扣的整体，其基准的准确性会直接影响到后边每一个环节的精度。而这也恰恰是对基准对齐适用性以及侧重性最好的诠释。
拥有外基准的典型工程案例如模具（见图4），模具因其自身特性，以及制造过程特性，经常会出现加工基准特征对齐时型面与数模的符合程度超差（如果基准特征对齐时型面数据与数模的符合程度满足公差要求，即说明此工程加工时基准特征与型面的相对位置与数模一致性很高，最佳拟合针对基准特征对齐时型面与数模相应位置发生规律性偏离的情况），但是经过一定的旋转平移之后型面满足公差要求，但此时加工基准特征已经发生不同程度偏离。此种情况能否认定模具加工不合格，显然不能，因为模具自身最终使用的仅仅是型面部分，加工基准的偏离并不会对后续使用产生影响，当加工基准与型面的相对位置与数模发生矛盾时，通常都会选择进行旋转平移（最佳拟合）以找到加工型面的真实状态。但是对于模具而言仅仅考虑这些尚且不足。
下文分析将以模具作为外基准的典型来进行论证。模具是一种工业产品，运行中通过一定的方式，以某种特定的结构形式使材料成型[4]。模具除了型面外一般还会存在零件线以及各类孔等加工要素，在这种情况下，如果对型面进行最佳拟合，零件线以及各类孔的位置也会随型进行偏离（最佳拟合的本质是通过对所有数据进行最小二乘法运算找到最佳状态，即适当平移旋转）。但是这是否能够说明模具不适用最佳拟合，恰恰不能，回到模具自身进行分析，对于模具而言其型面的正确性是首要的，而附着在型面上的零件线和各类孔的精确度则需要在保证型面正确的前提下才有实际意义，从这一点而言，模具型面为实际意义上的基准，即潜在的内基准，加工基准特征为外基准。如果外基准与潜在内基准发生冲突时，则应该选择优先保证内基准的准确性，并且在潜在内基准找到真实状态时反出外基准的实际值再进行后续的刻线以及打孔工序。
4 结语
综上所述，可以对基准对齐分析和最佳拟合数据分析各自的适用性范围进行如下划分：当整个工程属于内基准定义范围时，能且只能选择基准特征对齐进行数据分析，保证整个工程正确性;当工程属于外基准定义范围时，优先选用基准特征对齐进行数据分析，如果用基准对齐数据分析后发现工程外基准与潜在内基准发生冲突时，且潜在内基准为复杂特征无法进行特征创建时（如潜在内基准为自由曲面），应改为采用最佳拟合数据分析保证潜在内基准的准确性。
参考文献
[1] 邱世广.支持3D分析的多源异构测量数据快速分析技术[J].工艺与检测，2017（9）：132-136.
[2] 邹付群.基于GeomagicQualify软件的冲压件回弹检测[J].机械设计与研究，2010（2）：79-81.
[3] 杨凯.型材拉弯件回弹的激光扫描检测技术研究[A]. DOI：10.16567/j.cnki.1000-7008.2015（49）：95-98.
[4] 王德林.浅析模具设计技术应用和发展趋势[J].商业文化，2014（12）：113.
关键词：基准特征对齐 最佳拟合对齐 内基准 外基准
中图分类号：O241 文献标识码：A 文章編号：1674-098X（2019）09（a）-0072-02
在常见的测量案例中，基准对齐分析方法的应用更为普遍，原因在于，从加工制造角度看，其数据分析思路与产品制造思路如出一辙，按部就班从建立初始基准出发，来判断后续待测特征与数模的偏离状态。就此而言其数据分析结果更具有说服力。最佳拟合分析则仅在自由曲面分析等领域有所应用并没有被业界所广泛接受，但是最佳拟合数据分析是否真的一无是处或者适用性低尚有待论证，本文对这两种数据分析方法进行深入的讨论和研究[1]。
1 基准对齐数据分析简介
基准特征对齐，顾名思义可理解为，在整个测量工程中将所有被测要素以及基准特征数据进行采集获取，将数据包在分析软件下进行对齐分析，将数据包中的基准特征数据进行辨别和分类，保证基准特征与所有被测数据相对位置保持不变的前提下，将基准特征数据和与之进行对比分析的数模相应基准特征数据进行对齐，并在此对齐基础上观察其他所有被测数据与数模相应位置的数据偏差。“基准特征对齐”主要用于有规则外形的零件，通过创建在CAD 模型和点云上对应的基准或特征的拟合，达到CAD模型和点云的整体对齐[2]。
2 最佳拟合数据分析简介
最佳拟合，同样在测量工程前期需将所有被测要素以及基准特征数据进行数据采集获取，后期将数据包在分析软件下进行对齐分析，将数据包中的基准特征数据与被测数据进行辨别和分类，保证基准特征与所有被测数据相对位置保持不变的前提下，将所有被测数据和与之进行对比分析的数模相应位置数据进行最佳拟合。最佳拟合方式的原理是先求出点云数据的质心、最小惯性主轴，再使其与CAD模型的质心、最小惯性主轴拟合，进行曲面匹配[3]。并在此对齐基础上观察所有被测数据与数模相应位置的数据偏差。
3 基准对齐、最佳拟合数据分析方法适应性分析
从对最佳拟合的解释当中可以发现，采集的基准特征数据自始至终并没有让其参与分析运算。但是，在极端情况下，假设整个制造过程包括数控编程在内没有加工误差产生，按部就班依据加工基准孔进行制造加工，那么无论是基准对齐还是最佳拟合，其分析结果最终都应该是殊途同归。只不过从生产制造角度而言，基准对齐反映的是整个制造对象包括加工基准孔与加工型面在内与数模的实际符合状态，此种方法是将基准特征作为首要考虑对象。而最佳拟合则反映的是实际加工型面与数模的符合程度，此种方法则是将实际使用型面为首要考虑对象。在了解这些之后，再进行分类考虑。
实际生产当中，最终使用要求不同，其加工方法也会有所改变。接下来以一幅简单的分析案例为例来进行说明：
图中分别为R25以及R22.5的两个圆，可以认为图纸要求为制造R25的圆，但实际制造为R22.5的圆，要求公差为±3，下方两个小圆分别为数模中与实际制造时的加工基准孔。
如果基准孔自身只是为了加工圆而产生，且无后期装配需求，无位置度需求，最终会被打磨或者去除。则认为可以使用最佳拟合进行数据分析，且分析结果为合格，满足公差要求，如图1。
如果基准孔自身有后期装配需求，且有位置度需求，则此种情况下应使用基准对齐进行数据分析，分析结果为不合格，不满足公差要求（如图2）。
从以上案例可知，生产制造可大致分为下面两类。一类是，装配过程、被测要素之间有位置度要求的工件，这些都是对基准有较高要求的制造种类。另一类是，被测要素之间无位置度要求且仅需要对外形符合程度进行判断的工件。为了更好地对这两类零件进行区分，现在引入两个全新的概念，即外基准和内基准。
拥有内基准的典型工程案例如装配型架（见图3），装配型架主要用于飞机零件的装配，主要是由骨架和定位器有机连接起来。骨架主要选用梁、杆等，型架材料一般采用方钢或者矩钢，根据零件特点亦采用其它型材。而无论是装配型架亦或是其他的装配而言，从基准开始往后都是环环相扣的整体，其基准的准确性会直接影响到后边每一个环节的精度。而这也恰恰是对基准对齐适用性以及侧重性最好的诠释。
拥有外基准的典型工程案例如模具（见图4），模具因其自身特性，以及制造过程特性，经常会出现加工基准特征对齐时型面与数模的符合程度超差（如果基准特征对齐时型面数据与数模的符合程度满足公差要求，即说明此工程加工时基准特征与型面的相对位置与数模一致性很高，最佳拟合针对基准特征对齐时型面与数模相应位置发生规律性偏离的情况），但是经过一定的旋转平移之后型面满足公差要求，但此时加工基准特征已经发生不同程度偏离。此种情况能否认定模具加工不合格，显然不能，因为模具自身最终使用的仅仅是型面部分，加工基准的偏离并不会对后续使用产生影响，当加工基准与型面的相对位置与数模发生矛盾时，通常都会选择进行旋转平移（最佳拟合）以找到加工型面的真实状态。但是对于模具而言仅仅考虑这些尚且不足。
下文分析将以模具作为外基准的典型来进行论证。模具是一种工业产品，运行中通过一定的方式，以某种特定的结构形式使材料成型[4]。模具除了型面外一般还会存在零件线以及各类孔等加工要素，在这种情况下，如果对型面进行最佳拟合，零件线以及各类孔的位置也会随型进行偏离（最佳拟合的本质是通过对所有数据进行最小二乘法运算找到最佳状态，即适当平移旋转）。但是这是否能够说明模具不适用最佳拟合，恰恰不能，回到模具自身进行分析，对于模具而言其型面的正确性是首要的，而附着在型面上的零件线和各类孔的精确度则需要在保证型面正确的前提下才有实际意义，从这一点而言，模具型面为实际意义上的基准，即潜在的内基准，加工基准特征为外基准。如果外基准与潜在内基准发生冲突时，则应该选择优先保证内基准的准确性，并且在潜在内基准找到真实状态时反出外基准的实际值再进行后续的刻线以及打孔工序。
4 结语
综上所述，可以对基准对齐分析和最佳拟合数据分析各自的适用性范围进行如下划分：当整个工程属于内基准定义范围时，能且只能选择基准特征对齐进行数据分析，保证整个工程正确性;当工程属于外基准定义范围时，优先选用基准特征对齐进行数据分析，如果用基准对齐数据分析后发现工程外基准与潜在内基准发生冲突时，且潜在内基准为复杂特征无法进行特征创建时（如潜在内基准为自由曲面），应改为采用最佳拟合数据分析保证潜在内基准的准确性。
参考文献
[1] 邱世广.支持3D分析的多源异构测量数据快速分析技术[J].工艺与检测，2017（9）：132-136.
[2] 邹付群.基于GeomagicQualify软件的冲压件回弹检测[J].机械设计与研究，2010（2）：79-81.
[3] 杨凯.型材拉弯件回弹的激光扫描检测技术研究[A]. DOI：10.16567/j.cnki.1000-7008.2015（49）：95-98.
[4] 王德林.浅析模具设计技术应用和发展趋势[J].商业文化，2014（12）：113.