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?，?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。本文以美國(guó)Brown & Sharpe公司Microxcel Pfx454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(kāi)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(kāi)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(kāi)線掃描(Open Linear Scan)

開(kāi)線掃描是最基本的掃描方式。測(cè)頭從起始點(diǎn)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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；最后雙擊“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“最大”(Max Inc)欄中輸入一個(gè)新步長(zhǎng)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(kāi)始后第一測(cè)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(cè)工件有CAD模型，開(kāi)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；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(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(pán)觸測(cè)被測(cè)工件表面的第一測(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(kāi)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)。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(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)和最大步長(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)操作盤(pán)在所需起始點(diǎn)位置觸測(cè)第一點(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)代表掃描第一方向的終止點(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。最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(kāi)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?dòng)避開(kāi)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”。

6.應(yīng)用要點(diǎn)

(1)應(yīng)根據(jù)被測(cè)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(cè)量方式，以達(dá)到提高數(shù)據(jù)采集精度和測(cè)量效率的目的。

(2)為便于測(cè)量操作和測(cè)頭移動(dòng)，應(yīng)合理規(guī)劃被測(cè)工件裝夾位置；為保證造型精度，裝夾工件時(shí)應(yīng)盡量使測(cè)頭能一次完成全部被測(cè)對(duì)象的掃描測(cè)量。

(3)掃描測(cè)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(cè)量點(diǎn)。