三坐標測量儀使用方法

三坐標測量機(CMM)的測量方式通常可分為接觸式測量、非接觸式測量和接觸與非接觸并用式測量。

其中，接觸測量方式常用于機加工產品、壓制成型產品、金屬膜等的測量。為了分析工件加工數據，或為逆向工程提供工件原始信息，經常需要用三坐標測量機對被測工件表面進行數據點掃描。以三坐標的FOUNCTION-PRO型三坐標測量機為例，介紹三坐標測量機的幾種常用掃描方法及其操作步驟。

三坐標測量機的掃描操作是應用PC DMIS程序在被測物體表面的特定區域內進行數據點采集，該區域可以是一條線、一個面片、零件的一個截面、零件的曲線或距邊緣一定距離的周線等。掃描類型與測量模式、測頭類型以及是否有CAD文件等有關，控制屏幕上的“掃描”(Scan)選項由狀態按鈕(手動/DCC)決定。若采用DCC方式測量，又有CAD文件，則可供選用的掃描方式有“開線”(Open Linear)、“閉線”(Closed Linear)、“面片”(Patch)、“截面”(Section)和“周線”(Perimeter)掃描；若采用DCC方式測量，而只有線框型CAD文件，則可選用“開線”(Open Linear)、“閉線”(Closed Linear)和“面片”(Patch)掃描方式；若采用手動測量模式，則只能使用基本的“手動觸發掃描”(Manul TTP Scan)方式；若采用手動測量方式并使用剛性測頭，則可用選項為“固定間隔”(Fixed Delta)、“變化間隔”(Variable Delta)、“時間間隔”(Time Delta)和“主體軸向掃描”(Body Axis Scan)方式。

下面詳細介紹在DCC狀態下，進入“功能”(Utility)菜單選取“掃描”(Scan)選項后可供選擇的五種掃描方式。

1.開線掃描(Open Linear Scan)

開線掃描是最基本的掃描方式。測頭從起始點開始，沿一定方向并按預定步長進行掃描，直至終止點。開線掃描可分為有、無CAD模型兩種情況。

(1)無CAD模型

如被測工件無CAD模型，首先輸入邊界點(Boundary Points)的名義值。打開對話框中的“邊界點”選項后，先點擊“1”，輸入掃描起始點數據；然后雙擊“D”，輸入方向點(表示掃描方向的坐標點)的新的X、Y、Z坐標值；最后雙擊“2”，輸入掃描終點數據。

第二項輸入步長。在“掃描”對話框(Scan Dialog)中“方向1技術”(Direction 1 Tech)欄中的“最大”(Max Inc)欄中輸入一個新步長值。

最后檢查設定的方向矢量是否正確，該矢量定義了掃描開始后第一測量點表面的法矢、截面以及掃描結束前最后一點的表面法矢。當所有數據輸入完成后點擊“創建”。

(2)有CAD模型

如被測工件有CAD模型，開始掃描時用鼠標左鍵點擊CAD模型的相應表面，PC DMIS程序將在CAD模型上生成一點并加標志“1”表示為掃描起始點；然后點擊下一點定義掃描方向；最后點擊終點(或邊界點)并標志為“2”。在“1”和“2”之間連線。對于每一所選點，PC DMIS已在對話框中輸入相應坐標值及矢量。確定步長及其它選項(如安全平面、單點等)后，點擊“測量”，然后點擊“創建”。

2.閉線掃描(Closed Linear Scan)

閉線掃描方式允許掃描內表面或外表面，它只需“起點”和“方向點”兩個值(PC DMIS程序將起點也作為終點)。

(1)數據輸入操作

雙擊邊界點“1”，在編輯對話框中輸入位置；雙擊方向點“D”，輸入坐標值；選擇掃描類型(“線性”或“變量”)，輸入步長，定義觸測類型(“矢量”、“表面”或“邊緣”)；雙擊“初始矢量”，輸入第“1”點的矢量，檢查截面矢量；鍵入其它選項后，點擊“創建”。

也可使用坐標測量機操作盤觸測被測工件表面的第一測點，然后觸測方向點，PC DMIS程序將把測量值自動放入對話框，并自動計算初始矢量。選擇掃描控制方式、測點類型及其它選項后，點擊“創建”。

(2)有CAD模型的閉線掃描

如被測工件有CAD模型，測量前確認“閉線掃描”；首先點擊表面起始點，在CAD模型上生成符號“1”(點擊時表面和邊界點被加亮，以便選擇正確的表面)；然后點擊掃描方向點；PC DMIS將在對話框中給出所選位置點相應的坐標及矢量；選擇掃描控制方式、步長及其它選項后，點擊“創建”。

3.面片掃描(Patch Scan)

面片掃描方式允許掃描一個區域而不再是掃描線。應用該掃描方式至少需要四個邊界點信息，即開始點、方向點、掃描長度和掃描寬度。PC DMIS可根據基本(或缺省)信息給出的邊界點1、2、3確定三角形面片，掃描方向則由D的坐標值決定；若增加了第四或第五個邊界點，則面片可以為四方形或五邊形。

采用面片掃描方式時，在復選框中選擇“閉線掃描”，表示掃描一個封閉元素(如圓柱、圓錐、槽等)，然后輸入起始點、終止點和方向點。終止點位置表示掃描被測元素時向上或向下移動的距離；用起始點、方向點和起始矢量可定義截平面矢量(通常該矢量平行于被測元素)。現以創建四邊形面片為例，介紹面片掃描的幾種定義方式：

(1)鍵入坐標值方式

雙擊邊界點“1”，輸入起始點坐標值X、Y、Z；雙擊邊界方向點“D”，輸入掃描方向點坐標值；雙擊邊界點“2”，輸入確定第一方向的掃描寬度；雙擊邊界點“3”，輸入確定第二方向的掃描寬度；點擊“3”，然后按“添加”按鈕，對話框給出第四個邊界點；雙擊邊界點“4”，輸入終止點坐標值；選擇掃描所需的步長(各點間的步距)和最大步長(1、2兩點間的步長)值后，點擊“創建”。(2)觸測方式

選定“面片掃描”方式，用坐標測量機草作盤在所需起始點位置觸測第一點，該點坐標值將顯示在“邊界點”對話框的“#1”項內；然后觸測第二點，該點代表掃描第一方向的終止點，其坐標值將顯示在對話框的“D”項內；然后觸測第三點，該點代表掃描面片寬度，其坐標值將顯示在對話框的“#3”項內；點擊“3”，選擇“添加”，可在清單上添加第四點；觸測終止點，將關閉對話框。最后定義掃描行距和步長兩個方向數據；選擇掃描觸測類型及所需選項后，點擊“創建”。

(3)CAD曲面模型方式

該掃描方式只適用于有CAD曲面模型的工件。首先選定“面片掃描”方式，左鍵點擊CAD工作表面；加亮“邊界點”對話框中的“1”，左鍵點擊曲面上的掃描起始點；然后加亮“D”，點擊曲面定義方向點；點擊曲面定義掃描寬度(#2)；點擊曲面定義掃描上寬度(#3)；點擊“3”，選擇“添加”，添加附加點“4”，加亮“4”，點擊定義掃描終止點，關閉對話框。定義兩個方向的步長及選擇所需選項后，點擊“創建”。

4.截面掃描(Section Scan)

截面掃描方式僅適用于有CAD曲面模型的工件，它允許對工件的某一截面進行掃描，掃描截面既可沿X、Y、Z軸方向，也可與坐標軸成一定角度。通過定義步長可進行多個截面掃描。可在對話框中設置截面掃描的邊界點。按“剖切CAD”轉換按鈕，可在CAD曲面模型內尋找任何孔，并可采用與開線掃描類似方式定義其邊界線，PCDMIS程序將使掃描路徑自動避開CAD曲面模型中的孔。按用戶定義表面剖切CAD的方法為：進入“邊界點”選項；進入“CAD元素選擇”框；選擇表面；在不清除“CAD元素選擇”框的情況下，選擇“剖切CAD”選項。此時PC DMIS程序將切割所選表面尋找孔。若CAD曲面模型中無定義孔，就沒有必要選“剖切CAD”選項，此時PC DMIS將按定義的起始、終止邊界點進行掃描。對于有多個曲面的復雜CAD圖形，可對不同曲面分組剖切，*#將剖切限制在局部CAD曲面模型上。

5.邊界掃描(Perimeter Scan)

邊界掃描方式僅適用于有CAD曲面模型的工件。該掃描方式采用CAD數學模型計算掃描路徑，該路徑與邊界或外輪廓偏置一定距離(由用戶選定)。創建邊界掃描時，首先選定“邊界掃描”選項；若為內邊界掃描，則在對話框中選擇“內邊界掃描”；選擇工作曲面時，啟動“選擇”復選框，每選一個曲面則加亮一個，選定所有期望曲面后，退出復選框；點擊表面確定掃描起始點；在同一表面上點擊確定掃描方向點；點擊表面確定掃描終止點，若不給出終止點，則起始點即為終止點；在“掃描構造”編輯框內輸入相應值(包括“增值”、“CAD公差”等)；選擇“計算邊界”選項，計算掃描邊界；確認偏差值正確后，按“產生測點”按鈕，PC DMIS程序將自動計算執行掃描的理論值；點擊“創建”。

6.應用要點

(1)應根據被測工件的具體特點及建模要求合理選用適當的掃描測量方式，以達到提高數據采集精度和測量效率的目的。

(2)為便于測量草作和測頭移動，應合理規劃被測工件裝夾位置；為保證造型精度，裝夾工件時應盡量使測頭能一次完成全部被測對象的掃描測量。