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)，或為逆向工程提供工件原始信息，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)點掃描。本文以美國Brown & Sharpe公司Microxcel Pfx454型三坐標(biāo)測量機(jī)為例，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PCDMIS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(xì)介紹在DCC狀態(tài)下，進(jìn)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)

開線掃描是最基本的掃描方式。測頭從起始點開始，沿一定方向并按預(yù)定步長進(jìn)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(biāo)點)的新的X、Y、Z坐標(biāo)值；最后雙擊“2”，輸入掃描終點數(shù)據(jù)。

第二項輸入步長。在“掃描”對話框(Scan Dialog)中“方向1技術(shù)”(Direction 1 Tech)欄中的“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表面的法矢、截面以及掃描結(jié)束前最后一點的表面法矢。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(biāo)左鍵點擊CAD模型的相應(yīng)表面，PC DMIS程序?qū)⒃贑AD模型上生成一點并加標(biāo)志“1”表示為掃描起始點；然后點擊下一點定義掃描方向；最后點擊終點(或邊界點)并標(biāo)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(biāo)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(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(biāo)測量機(jī)操作盤觸測被測工件表面的第一測點，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(rèn)“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(biāo)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(biāo)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)?，F(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“1”，輸入起始點坐標(biāo)值X、Y、Z；雙擊邊界方向點“D”，輸入掃描方向點坐標(biāo)值；雙擊邊界點“2”，輸入確定第一方向的掃描寬度；雙擊邊界點“3”，輸入確定第二方向的掃描寬度；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(biāo)值；選擇掃描所需的步長(各點間的步距)和最大步長(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(biāo)測量機(jī)操作盤在所需起始點位置觸測第一點，該點坐標(biāo)值將顯示在“邊界點”對話框的“#1”項內(nèi)；然后觸測第二點，該點代表掃描第一方向的終止點，其坐標(biāo)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(biāo)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。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(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?？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”選項；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。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，此時PC DMIS將按定義的起始、終止邊界點進(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；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(rèn)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(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。