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三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x是指在一個(gè)六面體的空間范圍內(nèi),能夠表現(xiàn)幾何形狀、長(zhǎng)度及圓周分度等測(cè)量能力的儀器,又稱為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或三坐標(biāo)量床。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x又可定義“一種具有可作三個(gè)方向移動(dòng)的探測(cè)器,可在三個(gè)相互垂直的導(dǎo)軌上移動(dòng),此探測(cè)器以接觸或非接觸等方式傳遞訊號(hào),三個(gè)軸的位移測(cè)量系統(tǒng)(如光柵尺)經(jīng)數(shù)據(jù)處理器或計(jì)算機(jī)等計(jì)算出工件的各點(diǎn)(x,y,z)及各項(xiàng)功能測(cè)量的儀器”。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量功能應(yīng)包括尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度等
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的測(cè)量方式通常可分為接觸式測(cè)量、非接觸式測(cè)量和接觸與非接觸并用式測(cè)量。
其中,接觸測(cè)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(cè)量。為了分析工件加工數(shù)據(jù),或?yàn)槟嫦蚬こ烫峁┕ぜ夹畔ⅲ?jīng)常需要用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)被測(cè)工件表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)掃描。以三坐標(biāo)的FOUNCTION-PRO型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為例,介紹三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的幾種常用掃描方法及其操作步驟。
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的掃描操作是應(yīng)用PC DMIS程序在被測(cè)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(gè)面片、零件的一個(gè)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(cè)量模式、測(cè)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(dòng)/DCC)決定。若采用DCC方式測(cè)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(cè)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(dòng)測(cè)量模式,則只能使用基本的“手動(dòng)觸發(fā)掃描”(Manul TTP Scan)方式;若采用手動(dòng)測(cè)量方式并使用剛性測(cè)頭,則可用選項(xiàng)為“固定間隔”(Fixed Delta)、“變化間隔”(Variable Delta)、“時(shí)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(xiàng)后可供選擇的五種掃描方式。
1.開線掃描(Open Linear Scan)
開線掃描是基本的掃描方式。測(cè)頭從起始點(diǎn)開始,沿一定方向并按預(yù)定步長(zhǎng)進(jìn)行掃描,直至終止點(diǎn)。開線掃描可分為有、無(wú)CAD模型兩種情況。
(1)無(wú)CAD模型
如被測(cè)工件無(wú)CAD模型,首先輸入邊界點(diǎn)(Boundary Points)的名義值。打開對(duì)話框中的“邊界點(diǎn)”選項(xiàng)后,先點(diǎn)擊“1”,輸入掃描起始點(diǎn)數(shù)據(jù);然后雙擊“D”,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;后雙擊“2”,輸入掃描終點(diǎn)數(shù)據(jù)。
第二項(xiàng)輸入步長(zhǎng)。在“掃描”對(duì)話框(Scan Dialog)中“方向1技術(shù)”(Direction 1 Tech)欄中的“大”(Max Inc)欄中輸入一個(gè)新步長(zhǎng)值。
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測(cè)量點(diǎn)表面的法矢、截面以及掃描結(jié)束前后一點(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(cè)工件有CAD模型,開始掃描時(shí)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;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(duì)于每一所選點(diǎn),PC DMIS已在對(duì)話框中輸入相應(yīng)坐標(biāo)值及矢量。確定步長(zhǎng)及其它選項(xiàng)(如安全平面、單點(diǎn)等)后,點(diǎn)擊“測(cè)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(gè)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(duì)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(zhǎng),定義觸測(cè)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(cè)量機(jī)操作盤觸測(cè)被測(cè)工件表面的測(cè)點(diǎn),然后觸測(cè)方向點(diǎn),PC DMIS程序?qū)褱y(cè)量值自動(dòng)放入對(duì)話框,并自動(dòng)計(jì)算初始矢量。選擇掃描控制方式、測(cè)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(cè)工件有CAD模型,測(cè)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(hào)“1”(點(diǎn)擊時(shí)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(duì)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(zhǎng)及其它選項(xiàng)后,點(diǎn)擊“創(chuàng)建”。
3.面片掃描(Patch Scan)
面片掃描方式允許掃描一個(gè)區(qū)域而不再是掃描線。應(yīng)用該掃描方式至少需要四個(gè)邊界點(diǎn)信息,即開始點(diǎn)、方向點(diǎn)、掃描長(zhǎng)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(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(gè)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(shí),在復(fù)選框中選擇“閉線掃描”,表示掃描一個(gè)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(cè)元素時(shí)向上或向下移動(dòng)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(cè)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(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(duì)話框給出第四個(gè)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(zhǎng)(各點(diǎn)間的步距)和大步長(zhǎng)(1、2兩點(diǎn)間的步長(zhǎng))值后,點(diǎn)擊“創(chuàng)建”。(2)觸測(cè)方式
選定“面片掃描”方式,用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)草作盤在所需起始點(diǎn)位置觸測(cè)點(diǎn),該點(diǎn)坐標(biāo)值將顯示在“邊界點(diǎn)”對(duì)話框的“#1”項(xiàng)內(nèi);然后觸測(cè)第二點(diǎn),該點(diǎn)代表掃描方向的終止點(diǎn),其坐標(biāo)值將顯示在對(duì)話框的“D”項(xiàng)內(nèi);然后觸測(cè)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(duì)話框的“#3”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(cè)終止點(diǎn),將關(guān)閉對(duì)話框。后定義掃描行距和步長(zhǎng)兩個(gè)方向數(shù)據(jù);選擇掃描觸測(cè)類型及所需選項(xiàng)后,點(diǎn)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(diǎn)擊CAD工作表面;加亮“邊界點(diǎn)”對(duì)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(duì)話框。定義兩個(gè)方向的步長(zhǎng)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(duì)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(guò)定義步長(zhǎng)可進(jìn)行多個(gè)截面掃描??稍趯?duì)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,PCDMIS程序?qū)⑹箳呙杪窂阶詣?dòng)避開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(shí)PC DMIS程序?qū)⑶懈钏x表面尋找孔。若CAD曲面模型中無(wú)定義孔,就沒(méi)有必要選“剖切CAD”選項(xiàng),此時(shí)PC DMIS將按定義的起始、終止邊界點(diǎn)進(jìn)行掃描。對(duì)于有多個(gè)曲面的復(fù)雜CAD圖形,可對(duì)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(shí),首先選定“邊界掃描”選項(xiàng);若為內(nèi)邊界掃描,則在對(duì)話框中選擇“內(nèi)邊界掃描”;選擇工作曲面時(shí),啟動(dòng)“選擇”復(fù)選框,每選一個(gè)曲面則加亮一個(gè),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(cè)點(diǎn)”按鈕,PC DMIS程序?qū)⒆詣?dòng)計(jì)算執(zhí)行掃描的理論值;點(diǎn)擊“創(chuàng)建”。
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