三坐標測量機(CMM)的測量方式通常可(kě)分為接觸式測量、非接觸式測量和接觸與非接觸並(bìng)用式測量。其中,接觸測量方式常用於機加工(gōng)產品、壓製成型產品(pǐn)、金屬膜等的測量。為了分析(xī)工件加(jiā)工數據,或為逆向工程提供工(gōng)件原始信息,經常需要用三坐標測(cè)量機對被測工件表麵進行數據點掃描(miáo)。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(miáo)方法及(jí)其操作(zuò)步驟。
三坐標測量機的掃描(miáo)操作是應用(yòng)PCDMIS程序(xù)在(zài)被測物(wù)體表麵(miàn)的特定區域內進行數據點采(cǎi)集,該區(qū)域可(kě)以是一條線、一個(gè)麵片、零件的一個截(jié)麵、零件的曲線(xiàn)或距邊緣_距離(lí)的周線等。掃描類(lèi)型與測量(liàng)模式、測頭(tóu)類型以(yǐ)及是否有(yǒu)CAD文件等有關,控(kòng)製屏(píng)幕上的(de)“掃描”(Scan)選項由(yóu)狀態按鈕(手動/DCC)決(jué)定。若采用DCC方式測量(liàng),又有CAD文件,則可供選用的掃描方式有“開線”(Open Linear)、“閉線”(Closed Linear)、“麵片”(Patch)、“截(jié)麵”(Section)和(hé)“周線”(Perimeter)掃描;若采用(yòng)DCC方式測量,而隻有線框型CAD文件,則可選用“開線”(Open Linear)、“閉線”(Closed Linear)和(hé)“麵片”(Patch)掃描方式;若采用手動測量模式,則隻能(néng)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並使用(yòng)剛性(xìng)測頭,則可用選項為“固(gù)定間隔(gé)”(Fixed Delta)、“變化間(jiān)隔”(Variable Delta)、“時間間隔”(Time Delta)和“主體軸(zhóu)向掃描”(Body Axis Scan)方式。
下麵詳細介紹在DCC狀(zhuàng)態(tài)下,進(jìn)入“功能”(Utility)菜單(dān)選取“掃(sǎo)描”(Scan)選項後可供選擇的五種掃描方式(shì)。
1.開線掃描(Open Linear Scan)
開線掃描是_基本的(de)掃描方式。測頭從起始點開始,沿_方向(xiàng)並按(àn)預(yù)定步長進行掃描(miáo),直至終(zhōng)止點。開線掃描可分為(wéi)有、無(wú)CAD模型兩種情況。
(1)無CAD模型
如(rú)被測工件無CAD模型,首先輸入邊界點(diǎn)(Boundary Points)的名義值。打開(kāi)對話框中的“邊界點”選項(xiàng)後,先點擊“1”,輸入掃描起始點數據;然後雙擊(jī)“D”,輸入方向點(表示掃描方向的坐標點)的新的X、Y、Z坐(zuò)標值;_後雙(shuāng)擊“2”,輸(shū)入(rù)掃描終點數據。
_項輸入步長。在“掃描”對話框(Scan Dialog)中“方向1技(jì)術”(Direction 1 Tech)欄中的“_”(Max Inc)欄中輸入一個新步長值(zhí)。
_後(hòu)檢查設定的方向矢量是否正確,該矢量定義了掃描開始(shǐ)後_測量點表麵(miàn)的(de)法矢、截麵以及掃描結束(shù)前_後一點的表麵法矢。當所有數據輸入完成後點擊“創建”。
(2)有CAD模型(xíng)
如被測(cè)工件有(yǒu)CAD模型,開始掃描時用鼠標左鍵點擊CAD模型的相應表麵,PC DMIS程(chéng)序將在CAD模型上生成一(yī)點並加標誌“1”表示為(wéi)掃描起始點;然後點擊下一點定義掃描方向;_後點擊終點(或邊界點)並標誌為“2”。在“1”和“2”之間連線。對於每一所選點,PC DMIS已在對話框中輸入相應坐標值(zhí)及矢量。確定步長(zhǎng)及其它選項(如安全平麵(miàn)、單點等)後,點擊“測量”,然後點擊“創(chuàng)建”。
2.閉線掃描(Closed Linear Scan)
閉線掃描方式允許掃(sǎo)描內表麵或外表麵,它隻需“起點”和“方向點”兩個值(PC DMIS程序將起點也作為終點(diǎn))。
(1)數據(jù)輸入操作
雙擊邊(biān)界點“1”,在編輯對話框中(zhōng)輸(shū)入位置;雙擊方向點“D”,輸入坐標值;選(xuǎn)擇掃描類型(“線性”或“變量”),輸入步(bù)長,定義觸測類型(“矢量”、“表麵”或“邊緣(yuán)”);雙(shuāng)擊(jī)“初始矢量”,輸入(rù)第“1”點的矢量,檢查截麵矢量;鍵入(rù)其它選(xuǎn)項後,點擊“創建”。
也可使用坐標(biāo)測量機操作盤觸測被測工件表麵的_測點,然後(hòu)觸測方(fāng)向(xiàng)點,PC DMIS程序將把測量值自(zì)動放入對(duì)話框,並(bìng)自動(dòng)計算初始矢量。選擇掃描控製方式、測點類型及其它選項後,點擊“創建”。
(2)有CAD模型的閉線掃描
如被(bèi)測工件有CAD模(mó)型,測(cè)量前(qián)確認“閉線掃描”;首先點擊(jī)表麵起始點,在CAD模型上生成符號“1”(點擊時表麵和邊界點被加亮,以便選擇正(zhèng)確的表麵);然(rán)後點(diǎn)擊掃描方向點;PC DMIS將在對話框(kuàng)中給出所選位置(zhì)點相應的(de)坐標及矢量;選擇掃描控製方式(shì)、步長及其它選項後,點(diǎn)擊“創建”。
3.麵片掃描(Patch Scan)
麵片掃描方式允許掃描一個區(qū)域而不再是掃描線。應用該掃描方式至(zhì)少需要四個邊(biān)界點信息,即開始點、方向點、掃描長(zhǎng)度(dù)和掃描寬度。PCDMIS可根據(jù)基本(或缺省)信(xìn)息給出的邊界點1、2、3確定三角形麵片,掃描方向則由D的(de)坐(zuò)標值(zhí)決定;若增加了(le)第四或(huò)第五個邊界點,則麵片可以(yǐ)為四方形或五邊形。
采用(yòng)麵(miàn)片掃描方式時,在複選框中選(xuǎn)擇“閉線掃描”,表示掃描一個封閉元素(如圓柱、圓錐、槽等),然後(hòu)輸入起始點(diǎn)、終止點和方向(xiàng)點。終止點位置表示掃(sǎo)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麵矢量(通常該矢量平行於被測元(yuán)素)。現以(yǐ)創建四邊形麵片為例,介紹麵片掃描的幾種定義方式:
(1)鍵入坐標值方式
雙擊(jī)邊界點“1”,輸入起始點坐標(biāo)值X、Y、Z;雙擊邊界方向點“D”,輸(shū)入掃描方向點坐標值;雙擊邊界點“2”,輸入(rù)確定_方向的(de)掃描寬度;雙擊邊界點“3”,輸入確(què)定_方向的掃描寬度;點擊(jī)“3”,然後按“添加(jiā)”按(àn)鈕,對話(huà)框給出第四個邊界點;雙擊邊界點“4”,輸入終止點坐標值(zhí);選(xuǎn)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)值後,點擊“創(chuàng)建”。
(2)觸測方式
選定“麵片(piàn)掃描”方式,用坐標測量機操作盤在所需起始點位置(zhì)觸測(cè)_點,該點坐標值將顯示在“邊界點”對話框的“#1”項內;然後觸測_點,該(gāi)點代表掃描_方向(xiàng)的終止(zhǐ)點,其坐標值將顯示在對話框(kuàng)的“D”項(xiàng)內;然(rán)後觸測第三(sān)點,該點代表掃(sǎo)描麵片寬度,其坐標值(zhí)將顯(xiǎn)示在對話(huà)框的(de)“#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。_後定義掃描行距和步長兩個方向數據;選(xuǎn)擇掃描觸測類型及所需選項後,點擊“創建”。
(3)CAD曲麵模型方式
該掃描方(fāng)式隻適用於有(yǒu)CAD曲麵模型的工件。首先選定“麵片掃描”方式,左鍵點擊CAD工作表麵(miàn);加亮“邊界點”對話框中的“1”,左鍵點擊曲麵上的掃描起(qǐ)始點;然後加亮“D”,點擊曲(qǔ)麵定義方向點;點擊曲麵定義掃描寬度(#2);點擊(jī)曲麵定義掃描上寬度(#3);點擊“3”,選擇“添加”,添(tiān)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後,點擊“創建”。
4.截麵掃(sǎo)描(Section Scan)
截麵掃描方式僅適用於有CAD曲麵模型的(de)工件,它允許對工件的某一截麵進行掃(sǎo)描,掃描截麵既可沿X、Y、Z軸方向,也可與坐標軸(zhóu)成_角度。通過定義步長可進(jìn)行多個截麵掃描。可(kě)在對話框中(zhōng)設置截麵(miàn)掃描的邊界(jiè)點。按“剖切CAD”轉換按鈕,可在(zài)CAD曲麵模型內尋找_孔,並可采用與開(kāi)線掃描類似方(fāng)式定義其邊界線(xiàn),PC DMIS程序將使(shǐ)掃描(miáo)路徑自動避開(kāi)CAD曲(qǔ)麵(miàn)模(mó)型中的(de)孔(kǒng)。按用(yòng)戶定義表麵剖切(qiē)CAD的方法為:進入“邊界點”選項;進入(rù)“CAD元素選(xuǎn)擇”框;選擇表(biǎo)麵;在不_“CAD元素(sù)選擇”框的情況下,選擇“剖切CAD”選項。此時PC DMIS程序將切割所選表麵尋找(zhǎo)孔。若CAD曲麵模型(xíng)中無定義(yì)孔,_沒有必要選(xuǎn)“剖切CAD”選項,此(cǐ)時PC DMIS將按定(dìng)義的起始、終止邊界點進行掃描。對(duì)於有多個曲麵的複(fù)雜CAD圖形,可(kě)對(duì)不同曲麵分組剖切,*#將剖切限製在局部CAD曲麵模型上。
5.邊界掃描(Perimeter Scan)
邊界(jiè)掃描方(fāng)式僅適用於有(yǒu)CAD曲麵模型的工件。該掃描方式采用CAD數學模型計算掃描路徑(jìng),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(miáo)時,首先選定“邊界掃描”選(xuǎn)項;若為內(nèi)邊(biān)界掃描,則在對話框中選擇“內邊界掃描”;選擇工作曲麵時,啟動“選擇”複選框,每(měi)選(xuǎn)一個曲麵則加(jiā)亮一個,選定所有期望曲麵後,退出複選框;點擊表(biǎo)麵(miàn)確定掃描起始點;在(zài)同一表麵上點擊確定(dìng)掃描方向點;點擊表麵確定掃描終止點,若不給出終止點,則起始點即為終止點;在“掃描構造”編輯框(kuàng)內輸入相應值(包括“增值”、“CAD公差”等);選(xuǎn)擇(zé)“計算邊界(jiè)”選項,計算掃描邊界;確認偏(piān)差值正(zhèng)確後,按(àn)“產生測點”按鈕,PC DMIS程序(xù)將自動計算執行掃描(miáo)的(de)理論值;點擊“創建”。
6.應用(yòng)要(yào)點
(1)應根據被測工件的(de)具體特(tè)點及建模要求(qiú)合理選用適當的掃描測量方式,以達到(dào)提高數(shù)據(jù)采集精度和測量效率的目的。
(2)為便於測量操作和測頭移動,應合理(lǐ)規劃被測工件裝(zhuāng)夾位置;為_造型精度,裝夾工件時應盡量使測頭(tóu)能一次完成全(quán)部被測對象的掃描測量。
(3)掃描測量點的(de)選取(qǔ)應包括工件輪廓(kuò)幾何信息的關鍵點,在曲率變化較明顯的(de)部位應適當(dāng)增加測量點。