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三坐標測量機的幾種常用掃描方法

發(fā)布時間：2016/8/26 14:25:16

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(chǎn)品、壓制成型產(chǎn)品、金屬膜等的測量。為了分析工件加工數(shù)據(jù)，或為逆向工程提供工件原始信息，經(jīng)常需要用三坐標測量機對被測工件表面進行數(shù)據(jù)點掃描。本文以美國Brown & Sharpe公司Microxcel Pfx454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(yīng)用PCDMIS程序在被測物體表面的特定區(qū)域內(nèi)進行數(shù)據(jù)點采集，該區(qū)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_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(guān)，控制屏幕上的“掃描”（Scan）選項由狀態(tài)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(fā)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(tài)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_基本的掃描方式。測頭從起始點開始，沿_方向并按預(yù)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(shù)據(jù)；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；_后雙擊“2”，輸入掃描終點數(shù)據(jù)。
_項輸入步長。在“掃描”對話框（Scan Dialog）中“方向1技術(shù)”（Direction 1 Tech）欄中的“_”（Max Inc）欄中輸入一個新步長值。
_后檢查設(shè)定的方向矢量是否正確，該矢量定義了掃描開始后_測量點表面的法矢、截面以及掃描結(jié)束前_后一點的表面法矢。當(dāng)所有數(shù)據(jù)輸入完成后點擊“創(chuàng)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(yīng)表面，PC DMIS程序?qū)⒃?span lang="EN-US">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；_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(yīng)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(chuàng)建”。

2.閉線掃描（Closed Linear Scan）

閉線掃描方式允許掃描內(nèi)表面或外表面，它只需“起點”和“方向點”兩個值（PC DMIS程序?qū)⑵瘘c也作為終點）。
（1）數(shù)據(jù)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(chuàng)建”。
也可使用坐標測量機操作盤觸測被測工件表面的_測點，然后觸測方向點，PC DMIS程序?qū)褱y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(chuàng)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(yīng)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(chuàng)建”。

3.面片掃描（Patch Scan）

面片掃描方式允許掃描一個區(qū)域而不再是掃描線。應(yīng)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(jù)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(fù)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(xiàn)以創(chuàng)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_方向的掃描寬度；雙擊邊界點“3”，輸入確定_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_步長（1、2兩點間的步長）值后，點擊“創(chuàng)建”。
（2）觸測方式
選定“面片掃描”方式，用坐標測量機操作盤在所需起始點位置觸測_點，該點坐標值將顯示在“邊界點”對話框的“#1”項內(nèi)；然后觸測_點，該點代表掃描_方向的終止點，其坐標值將顯示在對話框的“D”項內(nèi)；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(nèi)；點擊“3”，選擇“添加”，可在清單上添加第四點；觸測終止點，將關(guān)閉對話框。_后定義掃描行距和步長兩個方向數(shù)據(jù)；選擇掃描觸測類型及所需選項后，點擊“創(chuàng)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(guān)閉對話框。定義兩個方向的步長及選擇所需選項后，點擊“創(chuàng)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_角度。通過定義步長可進行多個截面掃描?？稍趯υ捒蛑性O(shè)置截面掃描的邊界點。按“剖切CAD”轉(zhuǎn)換按鈕，可在CAD曲面模型內(nèi)尋找_孔，并可采用與開線掃描類似方式定義其邊界線，PC DMIS程序?qū)⑹箳呙杪窂阶詣颖荛_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_“CAD元素選擇”框的情況下，選擇“剖切CAD”選項。此時PC DMIS程序?qū)⑶懈钏x表面尋找孔。若CAD曲面模型中無定義孔，_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(fù)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(shù)學(xué)模型計算掃描路徑，該路徑與邊界或外輪廓偏置_距離（由用戶選定）。創(chuàng)建邊界掃描時，首先選定“邊界掃描”選項；若為內(nèi)邊界掃描，則在對話框中選擇“內(nèi)邊界掃描”；選擇工作曲面時，啟動“選擇”復(fù)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(fù)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(gòu)造”編輯框內(nèi)輸入相應(yīng)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(chǎn)生測點”按鈕，PC DMIS程序?qū)⒆詣佑嬎銏?zhí)行掃描的理論值；點擊“創(chuàng)建”。

6.應(yīng)用要點

（1）應(yīng)根據(jù)被測工件的具體特點及建模要求合理選用適當(dāng)?shù)膾呙铚y量方式，以達到提高數(shù)據(jù)采集精度和測量效率的目的。
（2）為便于測量操作和測頭移動，應(yīng)合理規(guī)劃被測工件裝夾位置；為_造型精度，裝夾工件時應(yīng)盡量使測頭能一次完成全部被測對象的掃描測量。
（3）掃描測量點的選取應(yīng)包括工件輪廓幾何信息的關(guān)鍵點，在曲率變化較明顯的部位應(yīng)適當(dāng)增加測量點。
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