三坐标测量机的常用扫描方法

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三坐标测量机(CMM)的测量方式通常可分为接触式测量、非接触式测量和接触与非接触并用式测量。其中，接触测量方式常用于机加工产品、压制成型产品、金属膜等的测量。为了分析工件加工数据，或为逆向工程提供工件原始信息，经常需要用三坐标测量机对被测工件表面进行数据点扫描。本文以美国Brown&Sharpe公司MicroxcelPfx454型三坐标测量机为例，介绍三坐标测量机的几种常用扫描方法及其操作步骤。
三坐标测量机的扫描操作是应用PCDMIS程序在被测物体表面的特定区域内进行数据点采集，该区域可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、零件的曲线或距边缘一定距离的周线等。扫描类型与测量模式、测头类型以及是否有CAD文件等有关，控制屏幕上的“扫描”（Scan）选项由状态按钮（手动/DCC）决定。若采用DCC方式测量，又有CAD文件，则可供选用的扫描方式有“开线”（OpenLinear）、“闭线”（ClosedLinear）、“面片”（Patch）、“截面”（Section）和“周线”（Perimeter）扫描；若采用DCC方式测量，而只有线框型CAD文件，则可选用“开线”（OpenLinear）、“闭线”（ClosedLinear）和“面片”（Patch）扫描方式；若采用手动测量模式，则只能使用基本的“手动触发扫描”（ManulTTPScan）方式；若采用手动测量方式并使用刚性测头，则可用选项为“固定间隔”（FixedDelta）、“变化间隔”（VariableDelta）、“时间间隔”（TimeDelta）和“主体轴向扫描”（BodyAxisScan）方式。
下面详细介绍在DCC状态下，进入“功能”（Utility）菜单选取“扫描”（Scan）选项后可供选择的五种扫描方式。
1.开线扫描（OpenLinearScan）
开线扫描是最基本的扫描方式。测头从起始点开始，沿一定方向并按预定步长进行扫描，直至终止点。开线扫描可分为有、无CAD模型两种情况。
（1）无CAD模型
如被测工件无CAD模型，首先输入边界点（BoundaryPoints）的名义值。打开对话框中的“边界点”选项后，先点击“1”，输入扫描起始点数据；然后双击“D”，输入方向点（表示扫描方向的坐标点）的新的X、Y、Z坐标值；最后双击“2”，输入扫描终点数据。
第二项输入步长。在“扫描”对话框（ScanDialog）中“方向1技术”（Direction1Tech）栏中的“最大”（MaxInc）栏中输入一个新步长值。
最后检查设定的方向矢量是否正确，该矢量定义了扫描开始后第一测量点表面的法矢、截面以及扫描结束前最后一点的表面法矢。当所有数据输入完成后点击“创建”。
（2）有CAD模型
如被测工件有CAD模型，开始扫描时用鼠标左键点击CAD模型的相应表面，PCDMIS程序将在CA三坐标测量机(CMM)的测量方式通常可分为接触式测量、非接触式测量和接触与非接触并用式测量。其中，接触测量方式常用于机加工产品、压制成型产品、金属膜等的测量。为了分析工件加工数据，或为逆向工程提供工件原始信息，经常需要用三坐标测量机对被测工件表面进行数据点扫描。本文以美国Brown&Sharpe公司MicroxcelPfx454型三坐标测量机为例，介绍三坐标测量机的几种常用扫描方法及其操作步骤。
三坐标测量机的扫描操作是应用PCDMIS程序在被测物体表面的特定区域内进行数据点采集，该区域可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、零件的曲线或距边缘一定距离的周线等。扫描类型与测量模式、测头类型以及是否有CAD文件等有关，控制屏幕上的“扫描”（Scan）选项由状态按钮（手动/DCC）决定。若采用DCC方式测量，又有CAD文件，则可供选用的扫描方式有“开线”（OpenLinear）、“闭线”（ClosedLinear）、“面片”（Patch）、“截面”（Section）和“周线”（Perimeter）扫描；若采用DCC方式测量，而只有线框型CAD文件，则可选用“开线”（OpenLinear）、“闭线”（ClosedLinear）和“面片”（Patch）扫描方式；若采用手动测量模式，则只能使用基本的“手动触发扫描”（ManulTTPScan）方式；若采用手动测量方式并使用刚性测头，则可用选项为“固定间隔”（FixedDelta）、“变化间隔”（VariableDelta）、“时间间隔”（TimeDelta）和“主体轴向扫描”（BodyAxisScan）方式。下面详细介绍在DCC状态下，进入“功能”（Utility）菜单选取“扫描”（Scan）选项后可供选择的五种扫描方式。
1.开线扫描（OpenLinearScan）
开线扫描是最基本的扫描方式。测头从起始点开始，沿一定方向并按预定步长进行扫描，直至终止点。开线扫描可分为有、无CAD模型两种情况。
（1）无CAD模型
如被测工件无CAD模型，首先输入边界点（BoundaryPoints）的名义值。打开对话框中的“边界点”选项后，先点击“1”，输入扫描起始点数据；然后双击“D”，输入方向点（表示扫描方向的坐标点）的新的X、Y、Z坐标值；最后双击“2”，输入扫描终点数据。
第二项输入步长。在“扫描”对话框（ScanDialog）中“方向1技术”（Direction1Tech）栏中的“最大”（MaxInc）栏中输入一个新步长值。
最后检查设定的方向矢量是否正确，该矢量定义了扫描开始后第一测量点表面的法矢、截面以及扫描结束前最后一点的表面法矢。当所有数据输入完成后点击“创建”。
（2）有CAD模型
如被测工件有CAD模型，开始扫描时用鼠标左键点击CAD模型的相应表面，PCDMIS程序将在CAD模型上生成一点并加标志“1”表示为扫描起始点；然后点击下一点定义扫描方向；最后点击终点（或边界点）并标志为“2”。在“1”和“2”之间连线。对于每一所选点，PCDMIS已在对话框中输入相应坐标值及矢量。确定步长及其它选项（如安全平面、单点等）后，点击“测量”，然后点击“创建”。
2.闭线扫描（ClosedLinearScan）
闭线扫描方式允许扫描内表面或外表面，它只需“起点”和“方向点”两个值（PCDMIS程序将起点也作为终点）。
（1）数据输入操作D模型上生成一点并加标志“1”表示为扫描起始点；然后点击下一点定义扫描方向；最后点击终点（或边界点）并标志为“2”。在“1”和“2”之间连线。对于每一所选点，PCDMIS已在对话框中输入相应坐标值及矢量。确定步长及其它选项（如安全平面、单点等）后，点击“测量”，然后点击“创建”。
2.闭线扫描（ClosedLinearScan）
闭线扫描方式允许扫描内表面或外表面，它只需“起点”和“方向点”两个值（PCDMIS程序将起点也作为终点）。
（1）数据输入操作
双击边界点“1”，在编辑对话框中输入位置；双击方向点“D”，输入坐标值；选择扫描类型（“线性”或“变量”），输入步长，定义触测类型（“矢量”、“表面”或“边缘”）；双击“初始矢量”，输入第“1”点的矢量，检查截面矢量；键入其它选项后，点击“创建”。
也可使用坐标测量机操作盘触测被测工件表面的第一测点，然后触测方向点，PCDMIS程序将把测量值自动放入对话框，并自动计算初始矢量。选择扫描控制方式、测点类型及其它选项后，点击“创建”。
（2）有CAD模型的闭线扫描
如被测工件有CAD模型，测量前确认“闭线扫描”；首先点击表面起始点，在CAD模型上生成符号“1”（点击时表面和边界点被加亮，以便选择正确的表面）；然后点击扫描方向点；PCDMIS将在对话框中给出所选位置点相应的坐标及矢量；选择扫描控制方式、步长及其它选项后，点击“创建”。
3.面片扫描（PatchScan）
面片扫描方式允许扫描一个区域而不再是扫描线。应用该扫描方式至少需要四个边界点信息，即开始点、方向点、扫描长度和扫描宽度。PCDMIS可根据基本（或缺省）信息给出的边界点1、2、3确定三角形面片，扫描方向则由D的坐标值决定；若增加了第四或第五个边界点，则面片可以为四方形或五边形。采用面片扫描方式时，在复选框中选择“闭线扫描”，表示扫描一个封闭元素（如圆柱、圆锥、槽等），然后输入起始点、终止点和方向点。终止点位置表示扫描被测元素时向上或向下移动的距离；用起始点、方向点和起始矢量可定义截平面矢量（通常该矢量平行于被测元素）。现以创建四边形面片为例，介绍面片扫描的几种定义方式：
（1）键入坐标值方式
双击边界点“1”，输入起始点坐标值X、Y、Z；双击边界方向点“D”，输入扫描方向点坐标值；双击边界点“2”，输入确定第一方向的扫描宽度；双击边界点“3”，输入确定第二方向的扫描宽度；点击“3”，然后按“添加”按钮，对话框给出第四个边界点；双击边界点“4”，输入终止点坐标值；选择扫描所需的步长（各点间的步距）和最大步长（1、2两点间的步长）值后，点击“创建”。
（2）触测方式
选定“面片扫描”方式，用坐标测量机操作盘在所需起始点位置触测第一点，该点坐标值将显示在“边界点”对话框的“#1”项内；然后触测第二点，该点代表扫描第一方向的终止点，其坐标值将显示在对话框的“D”项内；然后触测第三点，该点代表扫描面片宽度，其坐标值将显示在对话框的“#3”项内；点击“3”，选择“添加”，可在清单上添加第四点；触测终止点，将关闭对话框。最后定义扫描行距和步长两个方向数据；选择扫描触测类型及所需选项后，点击“创建”。
（3）CAD曲面模型方式
该扫描方式只适用于有CAD曲面模型的工件。首先选定“面片扫描”方式，左键点击CAD工作表面；加亮“边界点”对话框中的“1”，左键点击曲面上的扫描起始点；然后加亮“D”，点击曲面定义方向点；点击曲面定义扫描宽度（#2）；点击曲面定义扫描上宽度（#3）；点击“3”，选择“添加”，添加附加点“4”，加亮“4”，点击定义扫描终止点，关闭对话框。定义两个方向的步长及选择所需选项后，点击“创建”。
4.截面扫描（SectionScan）
截面扫描方式仅适用于有CAD曲面模型的工件，它允许对工件的某一截面进行扫描，扫描截面既可沿X、Y、Z轴方向，也可与坐标轴成一定角度。通过定义步长可进行多个截面扫描。可在对话框中设置截面扫描的边界点。按“剖切CAD”转换按钮，可在CAD曲面模型内寻找任何孔，并可采用与开线扫描类似方式定义其边界线，PCDMIS程序将使扫描路径自动避开CAD曲面模型中的孔。按用户定义表面剖切CAD的方法为：进入“边界点”选项；进入“CAD。