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三坐标测量仪使用方法

三坐标测量机(CMM)的测量方式通常可分为接触式测量、配套三坐标测量平台、测量平台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操作步骤。

三坐标测量机的扫描操作是应用PC DMIS程序在被测物体表面的 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；后双击“2”，输入扫描终点数据。

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“大”(Max Inc)栏中输入一个新步长值。

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测量点表面的法矢、截面以及扫描结束前后一点的表面法矢。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；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“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；若增加了四或五个边界点，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”，输入确定方向的扫描宽度；双击边界点“3”，输入确定二方向的扫描宽度；点击“3”，然后按“添加”按钮，对话框给出四个边界点；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点，该点坐标值将显示在“边界点”对话框的“#1”项内；然后触测二点，该点代表扫描方向的终止点，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”，可在清单上添加四点；触测终止点，将关闭对话框。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，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， 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”。

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随着现代工业的不断发展，三坐 标测量机在生产中了 的应用，它的发展水平已经成为衡量现代制造技术以及制造技术水平发展高低的一个 重要的标志，成为现代化的工业生产中对零件 进行生产、测量、质量把关必不可少的关键检测仪器，与此同时对测量机的测量速度和测量精度也提出了越来越高的要求，但是由于测量机自身的结构 点，速度和 精度的提高又受到一定因素的制约。 本文设计了一种移动桥式三坐标测量机，通过Solidworks三维软件对测量机结构进行建模，利用ANSYS有限元软件进行静力学分析和模态分析，研究 了测量机的动态 性和稳定性，确定了整机结构方案，并对其主要部件进行了展开分析设计，着重对三坐标测量机中气浮导轨中气浮垫的结构设计、各轴气浮导轨的 分布，斜摩擦轮传动机构以及Z轴平衡和保护装置进行了分析设计，为测量机系统的成功设计提供了保障。 目前，市场上80的三坐标测量机均为移动桥式结构，因此对移动桥式结构三坐标测量机进行深入的研究具有一定的代表性。本文对移动桥式三坐标测量机所产生 的动态误差进行了详细的分析，研究了机构误差、机体动态变形、温度误差、测头误差等测量机的主要动态误差源，并对影响测量机测量精度的主要误差源之间的相 互关系进行了分析。 在分析了三坐标测量机的触发式测头触发原理的的基础上，分析了测头的动态性能，通过分析了影响测头动态性能的主要因素，给出了等效作用直径的定义，分 析了速度参数对等效作用直径的影响。