三坐标测量机简介

三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量机或三坐标量床。三坐标测量仪又可定义"一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传递讯号，三个轴的位移测量系统(如光栅尺)经数据处理器或计算机等计算出工件的各点(x，y，z)及各项功能测量的仪器"。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。
　　三坐标测量仪三轴均有气源制动开关及微动装置，可实现单轴的精密传动,数据采集系统采用高性能手动三坐标专用系统，可靠性好。应用于产品设计、模具装备、齿轮测量、叶片测量机械制造、工装夹具、汽摩配件、电子电器。

　　三坐标测量仪 - 基本构成
　　全封闭框架移动桥式测量机是一种精度高、测量速度快、性能稳定的测量系统。具有兼容多测头系统功能：光学CCD影像测头、激光测头，具备极佳的性价比;能够满足车间检测需要，广泛应用于各种零件、工装夹具尺寸检测及模具制造中的尺寸测量和复杂形面的快速扫描检测。
　　性能特点
　　1、 X向横梁：采用精密斜梁技术
　　2、Y向导轨：采用独特的直接加工在工作台上的整体下燕尾槽定位结构
　　3导轨方式：采用自洁式预载荷高精度空气轴承组成的四面环抱式静压气浮导轨
　　4、驱动系统：采用本产高性能DC直流伺服电机、柔性同步齿形带传动装置，各轴均有限位和电子控制，传动更快捷、运动性能更佳
　　5、Z向主轴：可调节的气动平衡装置，提高了Z轴的定位精度
　　6控制系统：采用进口的双计算机三座标专用控制系统
　　7、机器系统：采用计算机辅助3D误差修正技术(CAA)，保证系统的长期的稳定性和高精度。
　　8、测量软件：采用功能强大的3D-DMIS测量软件包，具有完善的测量功能和联机功能。
　　三坐标测量仪 - 功能原理
　　简单地说,三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台(大型和巨型不一定有)，测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。显然这是最简单、最原始的测量机。有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。
　　测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理。

三坐标测量仪 - 主要特征
　　横梁与Z轴采用表面阳极化航空铝合金，温度一致性极佳;并降低了运动部件的质量，减少测量机在高速运行时的惯性
　　三轴导轨均采用高精度自洁式空气轴承，运动更平稳，导轨永不受磨损
　　三轴均采用高精度欧洲进口光栅尺，系统分辨率可达0.078um;同时采用一端固定，一端自由伸缩的方式安装，减少了光栅尺的变形
　　Y轴采用整体燕尾式导轨，在降低机器重量的同时，有效消除了运动扭摆，保证了测量精度和稳定性
　　各运动轴均采用直流伺服驱动，确保运动的平稳和准确
　　X向采用精密三角梁专利技术，相比矩形梁和横梁，重心更低，质量刚性比最佳，运动更加可靠
　　软件为业界标杆的PC-DMIS BASIC (/PC-DMIS PREMIUM)，功能强大，易学高效
　　采用海克斯康为Croma专业打造的IDC-Ⅰ控制系统，提高了机器的动态性能和测量精度

　　三坐标测量仪 - 常用扫描方法
　　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。本文以海克斯康和其中国华南制造公司思瑞三坐标的FOUNCTION-PRO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草作步骤。
　　三坐标测量机的扫描草作是应用PC DMIS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"(Open Linear)、"闭线"(Closed Linear)、"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"(Open Linear)、"闭线"(Closed Linear)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"(Manul TTP Scan)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"(Fixed Delta)、"变化间隔"(Variable Delta)、"时间间隔"(Time Delta)和"主体轴向扫描"(Body Axis Scan)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(Open Linear Scan)
　　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(Boundary Points)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(Scan Dialog)中"方向1技术"(Direction 1 Tech)栏中的"最大"(Max Inc)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，PC DMIS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，PC DMIS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(Closed Linear Scan)
　　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(PC DMIS程序将起点也作为终点)。
　　(1)数据输入草作
　　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草作盘触测被测工件表面的第一测点，然后触测方向点，PC DMIS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;PC DMIS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(Patch Scan)
　　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。PC DMIS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，用坐标测量机草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(Section Scan)
　　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，PC DMIS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元素选择"框;选择表面;在不清除"CAD元素选择"框的情况下，选择"剖切CAD"选项。此时PC DMIS程序将切割所选表面寻找孔。若CAD曲面模型中无定义孔，就没有必要选"剖切CAD"选项，此时PC DMIS将按定义的起始、终止边界点进行扫描。对于有多个曲面的复杂CAD图形，可对不同曲面分组剖切，*#将剖切限制在局部CAD曲面模型上。
　　5.边界扫描(Perimeter Scan)
　　边界扫描方式仅适用于有CAD曲面模型的工件。该扫描方式采用CAD数学模型计算扫描路径，该路径与边界或外轮廓偏置一定距离(由用户选定)。创建边界扫描时，首先选定"边界扫描"选项;若为内边界扫描，则在对话框中选择"内边界扫描";选择工作曲面时，启动"选择"复选框，每选一个曲面则加亮一个，选定所有期望曲面后，退出复选框;点击表面确定扫描起始点;在同一表面上点击确定扫描方向点;点击表面确定扫描终止点，若不给出终止点，则起始点即为终止点;在"扫描构造"编辑框内输入相应值(包括"增值"、"CAD公差"等);选择"计算边界"选项，计算扫描边界;确认偏差值正确后，按"产生测点"按钮，PC DMIS程序将自动计算执行扫描的理论值;点击"创建"。
　　6.应用要点
　　(1)应根据被测工件的具体特点及建模要求合理选用适当的扫描测量方式，以达到提高数据采集精度和测量效率的目的。
　　(2)为便于测量草作和测头移动，应合理规划被测工件装夹位置;为保证造型精度，装夹工件时应尽量使测头能一次完成全部被测对象的扫描测量。
　　(3)扫描测量点的选取应包括工件轮廓几何信息的关键点，在曲率变化较明显的部位应适当增加测量点。