三坐標(biāo)測量機(jī)(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(jī)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?yàn)槟嫦蚬こ烫峁┕ぜ夹畔?經(jīng)常需要用三坐標(biāo)測量機(jī)對被測工件表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)掃描.我們就已基英示三坐標(biāo)為例來介紹三坐標(biāo)測量機(jī)的幾種常用掃描方法及其操作步驟
三坐標(biāo)測量機(jī)的掃描操作是應(yīng)用PCDMIS程序在被測物體表面的特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)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一定距離的周線等.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(xiàng)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(xiàng)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.
1.開線掃描(Open Linear Scan)
開線掃描是最基本的掃描方式.測頭從起始點(diǎn)開始,沿一定方向并按預(yù)定步長進(jìn)行掃描,直至終止點(diǎn).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(diǎn)(Boundary Points)的名義值.打開對話框中的"邊界點(diǎn)"選項(xiàng)后,先點(diǎn)擊,輸入掃描起始點(diǎn)數(shù)據(jù);然后雙擊,輸入方向點(diǎn)(表示掃描方向的坐標(biāo)點(diǎn))的新的X、Y、Z坐標(biāo)值;最后雙擊,輸入掃描終點(diǎn)數(shù)據(jù).
第二項(xiàng)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"最大"(Max Inc)欄中輸入一個新步長值.
最后檢查設(shè)定的方向矢量是否正確,該矢量定義了掃描開始后第一測量點(diǎn)表面的法矢、截面以及掃描結(jié)束前最后一點(diǎn)的表面法矢.當(dāng)所有數(shù)據(jù)輸入完成后點(diǎn)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(biāo)左鍵點(diǎn)擊CAD模型的相應(yīng)表面,PC DMIS程序?qū)⒃贑AD模型上生成一點(diǎn)并加標(biāo)志"1"表示為掃描起始點(diǎn);然后點(diǎn)擊下一點(diǎn)定義掃描方向;最后點(diǎn)擊終點(diǎn)(或邊界點(diǎn))并標(biāo)志為"2".在"1"和"2"之間連線.對于每一所選點(diǎn),PC DMIS已在對話框中輸入相應(yīng)坐標(biāo)值及矢量.確定步長及其它選項(xiàng)(如安全平面、單點(diǎn)等)后,點(diǎn)擊"測量",然后點(diǎn)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(diǎn)"和"方向點(diǎn)"兩個值(PC DMIS程序?qū)⑵瘘c(diǎn)也作為終點(diǎn)).
(1).數(shù)據(jù)輸入操作
雙擊邊界點(diǎn)"1",在編輯對話框中輸入位置;雙擊方向點(diǎn)"D",輸入坐標(biāo)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(diǎn)的矢量,檢查截面矢量;鍵入其它選項(xiàng)后,點(diǎn)擊"創(chuàng)建".
也可使用坐標(biāo)測量機(jī)操作盤觸測被測工件表面的第一測點(diǎn),然后觸測方向點(diǎn),PC DMIS程序?qū)褱y量值自動放入對話框,并自動計(jì)算初始矢量.選擇掃描控制方式、測點(diǎn)類型及其它選項(xiàng)后,點(diǎn)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(rèn)"閉線掃描";首先點(diǎn)擊表面起始點(diǎn),在CAD模型上生成符號"1"(點(diǎn)擊時表面和邊界點(diǎn)被加亮,以便選擇正確的表面);然后點(diǎn)擊掃描方向點(diǎn);PC DMIS將在對話框中給出所選位置點(diǎn)相應(yīng)的坐標(biāo)及矢量;選擇掃描控制方式、步長及其它選項(xiàng)后,點(diǎn)擊"創(chuàng)建".
3.面片掃描
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(diǎn)信息,即開始點(diǎn)、方向點(diǎn)、掃描長度和掃描寬度.PCDMIS可根據(jù)基本(或缺省)信息給出的邊界點(diǎn)1、2、3確定三角形面片,掃描方向則由D的坐標(biāo)值決定;若增加了第四或第五個邊界點(diǎn),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(diǎn)、終止點(diǎn)和方向點(diǎn).終止點(diǎn)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(diǎn)、方向點(diǎn)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(biāo)值方式
雙擊邊界點(diǎn)"1",輸入起始點(diǎn)坐標(biāo)值X、Y、Z;雙擊邊界方向點(diǎn)“D”,輸入掃描方向點(diǎn)坐標(biāo)值;雙擊邊界點(diǎn)"2";,輸入確定第一方向的掃描寬度;雙擊邊界點(diǎn)";3";,輸入確定第二方向的掃描寬度;點(diǎn)擊"3"，然后按"添加"按鈕,對話框給出第四個邊界點(diǎn);雙擊邊界點(diǎn)"4",輸入終止點(diǎn)坐標(biāo)值;選擇掃描所需的步長(各點(diǎn)間的步距)和最大步長(1、2兩點(diǎn)間的步長)值后,點(diǎn)擊"創(chuàng)建".
(2).觸測方式
選定"面片掃描"方式,用坐標(biāo)測量機(jī)操作盤在所需起始點(diǎn)位置觸測第一點(diǎn),該點(diǎn)坐標(biāo)值將顯示在"邊界點(diǎn)"對話框的"#1"項(xiàng)內(nèi);然后觸測第二點(diǎn),該點(diǎn)代表掃描第一方向的終止點(diǎn),其坐標(biāo)值將顯示在對話框的"D"項(xiàng)內(nèi);然后觸測第三點(diǎn),該點(diǎn)代表掃描面片寬度,其坐標(biāo)值將顯示在對話框的"#"項(xiàng)內(nèi)點(diǎn)擊"3",選擇"添加",可在清單上添加第四點(diǎn);觸測終止點(diǎn),將關(guān)閉對話框.最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(xiàng)后,點(diǎn)擊"創(chuàng)建".
(3)CAD曲面模型方式.
(4)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(diǎn)擊CAD工作表面;加亮"邊界點(diǎn)"對話框中的"1",左鍵點(diǎn)擊曲面上的掃描起始點(diǎn);然后加亮"D",點(diǎn)擊曲面定義方向點(diǎn);點(diǎn)擊曲面定義掃描寬度(#2);點(diǎn)擊曲面定義掃描上寬度(#3);點(diǎn)擊"3",選擇"添加",添加附加點(diǎn)"4",加亮"4",點(diǎn)擊定義掃描終止點(diǎn),關(guān)閉對話框.定義兩個方向的步長及選擇所需選項(xiàng)后,點(diǎn)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(jìn)行掃描,掃描截面既可沿X、Y、Z軸方向,也可與坐標(biāo)軸成一定角度.通過定義步長可進(jìn)行多個截面掃描.可在對話框中設(shè)置截面掃描的邊界點(diǎn).按"剖切CAD"轉(zhuǎn)換按鈕,可在CAD曲面模型內(nèi)尋找任何孔,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(jìn)入"邊界點(diǎn)"選項(xiàng);進(jìn)入"CAD元素選擇";框;選擇表面；在不清除"CAD元素選擇"框的情況下,選擇"剖切CAD"選項(xiàng).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,就沒有必要選"剖切CAD"選項(xiàng),此時PC DMIS將按定義的起始、終止邊界點(diǎn)進(jìn)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(jì)算掃描路徑,該路徑與邊界或外輪廓偏置一定距離(由用戶選定).創(chuàng)建邊界掃描時,首先選定"邊界掃描"選項(xiàng);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(diǎn)擊表面確定掃描起始點(diǎn);在同一表面上點(diǎn)擊確定掃描方向點(diǎn);點(diǎn)擊表面確定掃描終止點(diǎn),若不給出終止點(diǎn),則起始點(diǎn)即為終止點(diǎn);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(jì)算邊界"選項(xiàng),計(jì)算掃描邊界;確認(rèn)偏差值正確后,按"產(chǎn)生測點(diǎn)"按鈕,PC DMIS程序?qū)⒆詣佑?jì)算執(zhí)行掃描的理論值;點(diǎn)擊"創(chuàng)建".
6.應(yīng)用要點(diǎn)
(1)應(yīng)根據(jù)被測工件的具體特點(diǎn)及建模要求合理選用適當(dāng)?shù)膾呙铚y量方式,以達(dá)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;為保證造型精度,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(diǎn)的選取應(yīng)包括工件輪廓幾何信息的關(guān)鍵點(diǎn),在曲率變化較明顯的部位應(yīng)適當(dāng)增加測量點(diǎn).