選擇觸發(fā)測頭與掃描測頭的技巧

1、選擇觸發(fā)測頭和掃描測頭的技巧    測頭是測量機觸測被測零件的發(fā)訊開關(guān)，它是坐標測量機的關(guān)鍵部件，測頭精度的高低決定了測量機的測量重復性。此外，不同零件需要選擇不同功能的測頭進行測量。    測頭可分為接觸式和非接觸式（激光等類型）。目前主要用接觸式測頭，接觸式測頭又可分為開關(guān)式（觸發(fā)式或動態(tài)發(fā)訊式）與掃描式（比例式或靜態(tài)發(fā)訊式）兩大類    開關(guān)測頭的實質(zhì)是零位發(fā)訊開關(guān)，以TP6（RENISHAW）為例，它相當于三對觸點串聯(lián)在電路中，當測頭產(chǎn)生任一方向的位移時，均使任一觸點離開，電路斷開即可發(fā)訊計數(shù)。開

2、關(guān)式結(jié)構(gòu)簡單，壽命長（106107）、具有較好的測量重復性（0.350.28m），而且成本低廉，測量迅速，因而得到較為廣泛的應用。    掃描式測頭實質(zhì)上相當于X、Y、Z個方向皆為差動電感測微儀，X、Y、Z三個方向的運動是靠三個方向的平行片簧支撐，是無間隙轉(zhuǎn)動，測頭的偏移量由線性電感器測出。掃描式測頭主要用來對復雜的曲線曲面實現(xiàn)測量。非接觸測頭主要分為激光掃描測頭和視頻測頭兩種。    激光掃描測頭主要用于實現(xiàn)較軟材料或一些特征表面進行非接觸測量。測頭在距離檢測工件一定距離（比如50mm），在其聚焦點!5mm范圍內(nèi)進行測量，采點速率在

3、200點/秒以上。通過對大量采集數(shù)據(jù)的平均處理功能而獲得較高的精度。    視頻測頭進一步提高了測量機的應用，使得許多過去采用非接觸測量無法完成的任務(wù)得以完成。一些諸如印刷線路板、觸發(fā)器、墊片或直徑小于0.1mm的孔可采用視頻測頭進行測量。操作者可將檢測工件表面放大50倍以上，采用標準的或可變換的鏡頭實現(xiàn)對細小工件的測量。以下就如何進行觸發(fā)和掃描測頭提出建議：什么時侯用觸發(fā)式測頭？1. 零件所被關(guān)注的是尺寸（如小的螺紋底孔）、間距或位置，而并不強調(diào)其形狀誤差（如定位銷孔）;2. 或你確信你所用的加工設(shè)備有能加工出形狀足夠好的零件，而注意力主要放在尺寸和位置精度時，

4、接觸式觸發(fā)測量是合適的，特別是由于對離散點的測量;3. 觸發(fā)式測頭比掃描測頭快，觸發(fā)測頭體積較小當測量空間狹窄時測頭易于接近零件;4. 一般來講觸發(fā)式測頭使用及維修成本較低;在機械工業(yè)中有大量的幾何量測量,所關(guān)注的僅是零件的尺寸及位置，所以目前市場上的大部分測量機，特別是中等精度測量機，仍然使用接觸式觸發(fā)測頭。什么時侯用掃描式測頭？1. 應用于有形狀要求的零件和輪廓的測量：掃描方式測量的主要優(yōu)點在于能高速的采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅可以用來確定零件的尺寸及位置，更重要的是能用眾多的點來精確的描述形狀、輪廓，這特別適用于對形狀、輪廓有嚴格要求的零件，該零件形狀直接影響零件的性能(如葉片、橢圓活塞等)

5、; 也適用于你不能確信你所用的加工設(shè)備能加工出形狀足夠好的零件,而形狀誤差成為主要問題時；2. 高精度測量：掃描測頭對離散點測量是勻速或恒測力采點，其測點精度可以更高；由于掃描測頭可以直接判斷接觸點的法矢，對于要求嚴格定位、定向測量的場合，掃描測頭對離散點的測量也具有優(yōu)勢;3. 對于未知曲面的掃描，亦即稱為數(shù)字化的場合下，掃描測頭顯示出了它的獨特優(yōu)勢:因為數(shù)字化工作方式時，需要大量的點，觸發(fā)式測頭的采點方式顯得太慢;由于是未知曲面，測量機運動的控制方式亦不一樣，即在“探索方式”下工作：測量機根據(jù)巳運動的軌跡來計算下一步運動的軌跡、計算采點密度等。選擇測頭的幾點考慮：1. 在可以應用接觸式測頭的

6、情況下，慎選非接觸式測頭；2. 在只測尺寸、位置要素的情況下盡量選接觸式觸發(fā)測頭；3. 考慮成本又能滿足要求的情況下，盡量選接觸式觸發(fā)測頭；4. 對形狀及輪廓精度要求較高的情況下選用掃描測頭;5. 掃描測頭應當可以對離散點進行測量；6. 考慮掃描測頭與觸發(fā)測頭的互換性（一般用通用測座來達到）；7. 易變形零件、精度不高零件、要求超大量數(shù)據(jù)零件的測量，可以考慮采用非接觸式測頭;8. 要考慮軟件、附加硬件（如測頭控制器、電纜）的配套。掃描測頭的優(yōu)勢及劣勢：優(yōu)勢：1、適于形狀及輪廓測量；2、采點率高；3、高密度采點保證了良好的重復性、再現(xiàn)性（GR&R）；4、更高級的數(shù)據(jù)處理能力；劣勢：1、比

7、觸發(fā)測頭復雜；2、對離散點的測量較觸發(fā)測頭為慢；3、高速掃描時由于加速度而引起的動態(tài)誤差很大，不可忽略，必須加以補償；4、測尖的磨損必須注意。 觸發(fā)測頭的優(yōu)勢及劣勢：優(yōu)勢：1. 適于空間棱柱形物體及己知表面的測量；2. 通用性強,3. 有多種不同類型的觸發(fā)測頭及附件供采用；4. 采購及運行成本低；5. 應用簡單;6. 適用于尺寸測量及在線應用；7. 堅固耐用；8. 體積小，易于在窄小空間應用9. 由于測點時測量機處于勻速直線低速運行狀態(tài)，測量機的動態(tài)性能對測量精度影響較小；劣勢：測量取點率低如何選用合適的探針關(guān)心點觸之間的精度-如何選用合適的探針    進行有效探

8、測的關(guān)鍵因素之一是進行測頭探針的選擇，是否能夠觸測到特征并在接觸時保證一定的精度是使用者應當重點考慮的事情。目前，探針的種類很多，包括了各種形狀和不同的制作材料。本文將重點對探針的主要細節(jié)進行描述，以幫助您為不同的檢測任務(wù)選擇合適的探針。什么是探針？    探針是坐標測量機的一部分，主要用來觸測工件表面，使得測頭的機械裝置移位，產(chǎn)生信號觸發(fā)并采集一個測量數(shù)據(jù)。一般的探針都是由一個桿和紅寶石球組成。通過需要測量的特征，您可以判斷應當使用探針的類型和尺寸。在測量過程中，要求探針的剛性和測尖的形狀都達到盡可能最佳的程度。探針幾個主要的術(shù)語A：測針直徑B：總長C：桿直徑D

9、：有效工作長度 (EWL)總長：指的是從探針后固定面到測尖中心的長度有效工作長度 (EWL)：指的是從測尖中心到與一般測量特征發(fā)生障礙的探針點的距離選擇探針的原則為保證一定的測量精度，在對探針的使用上，您需要： 探針長度盡可能短：探針彎曲或偏斜越大，精度將越低。因此在測量時，盡可能采用短探針。 連接點最少：每次將探針與加長桿連接在一起時，您就額外引入了新的潛在彎曲和變形點。因此在應用過程中，盡可能減少連接的數(shù)目。 使測球盡可能大主要原因有兩個：   1，使得球/桿的空隙最大，這樣減少了由于“晃動”而誤觸發(fā)的可能   2，測球

10、直徑較大可削弱被測表面未拋光對精度造成的影響RENISHAW探針系列介紹測球材質(zhì)紅寶石最常見的測球的材料是紅寶石，因為紅寶石是目前已知的最堅硬的材料之一。紅寶石球具有良好的表面光潔度，并具有優(yōu)異的耐壓強度和抗碰撞性。只有極少的情況不適宜采用紅寶石球，如下兩種情況下，推薦采用其他材料制成的測尖：第一種是在高強度下對鋁材料制成的工件進行掃描。主要原因在于材料吸引，基于一個稱為“膠著磨損”的現(xiàn)象會在觸測過程中發(fā)生。在這種情況下，一個較好的選擇是氮化硅。第二種情況是對鑄鐵材料工件進行高強度掃描，這時會在紅寶石表面產(chǎn)生“磨損”。在這種情況下，推薦使用氧化鋯球。氮化硅氮化硅擁有許多與紅寶石同樣的特性。它是

11、一種非常堅硬并可抗磨損的瓷，并可加工成高精度的球，并進行高度表面拋光。氮化硅與鋁材料不吸引，因此不會產(chǎn)生紅寶石球上出現(xiàn)的磨損。但是，氮化硅在掃描鋼表面時呈現(xiàn)較多的磨損，因此其應用最好定義為測量鋁。氧化鋯氧化鋯球是一種特別堅韌的陶瓷材料，其硬度和耐磨性接近紅寶石，基于其表面屬性，使其是掃描鋼工件表面的理想選擇。測桿材質(zhì)鋼探針的桿一般是由無磁性的不銹鋼制成，大多具有2mm或更多的測球直徑，桿長度可達到30mm。在這種情況下，不銹鋼桿具有良好的剛性質(zhì)量比。碳化鎢碳化鎢桿是在測量采用1mm測球的細桿情況下，或者是超長達到50 mm桿情況下具有最好的剛性。在這種情況下，重量會成為影響因素，因為彎曲會造成

12、剛性損失。陶瓷在測球直徑大于3 mm的情況下，或者是長度大于30 mm，陶瓷桿相對鋼具有更好的硬度。較碳化鎢，重量更輕，同時由于在碰撞過程中易碎，而為測頭提供更好的保護。碳纖維 (RENISHAW GF)有許多等級的碳纖維材料，RENISAHW GF具備良好的硬度指標，在縱向和扭矩方面，同時具有特別輕的重量。RENISHAW GF對于長度在50mm以上的探針來說，具有最佳的剛性質(zhì)量比。探針的形狀直探針結(jié)構(gòu)最簡單的探針系統(tǒng)包括球度非常好的工業(yè)紅寶石球，桿材料可以選擇。紅寶石是非常硬的材料，做成的探針的磨損量最小。它的密度也非常低，這樣針尖質(zhì)量最小，從而可以避免由于機器運動或振動而造成的探針誤觸發(fā)

13、。使用的桿可以有多種材料可供選擇 不銹鋼，碳化鎢，陶瓷和各種特殊的碳纖維材料“Renishaw GF”。 這些結(jié)構(gòu)簡單的紅寶石探針更適合于多種檢測應用場合。探針的有效的工作長度（EWL）是桿在觸測被測元素之前紅寶石球的變動范圍。如何來選擇球的尺寸和探針的EWL是由待檢測的元素的尺寸決定的。盡可能選擇大的紅寶石探針球和盡可能短的桿，可以保證最大的球/桿距離，這樣可提供更有效的EWL。使用更大一些的紅寶石球可以降低待測組件表面粗糙度的影響。當使用長的探針和加長桿組合來測量時，不推薦使用標準的動態(tài)觸測測頭，由于這種情況下使用時探針容易彎曲變形，剛性會降低，精度也會損失。這和使用其他類型的測頭如允許有

14、彈性變形的測頭，它們的觸測力非常低，允許使用長的探針和加長桿組合，而不會帶來明顯的精度損失。星型探針這些探針組合在一起允許你使用多探針測頭來測量復雜的元素和孔。四個或五個紅寶石探針安裝在剛性的不銹鋼中心上?？商峁藴食叽缣结?，也可以選擇不同的探針，你可以使用五方向探針和任一個RENISHAW提供的探針來組合星型測頭。星型探針可用于檢測多種不同的元素。使用多探針測頭可以有效降低檢測時間。減少在測量諸如邊緣或凹槽等內(nèi)部特征時移動測頭到極限點的需要?？梢允褂眯切蜏y頭在Z方向進行有效的檢查，這是由于探針可以探測到探針體的直徑范圍外側(cè)。星型探針上的每個探針都要求校準，這和單探針校準方式一樣。圓盤探針這些

15、探針用于測量鉆孔的切口和凹槽，通常用星型測頭是探測不到的?？梢詫⑺鼈兿胂蟪汕蚨确浅：玫那颉敖孛妗?，有多種直徑選擇和厚度選項。所有的旋轉(zhuǎn)調(diào)整和增加中心探針的能力都是RENISHAW圓盤探針的觸測范圍，使其具有柔性和易于使用。用簡單圓盤的“球型邊緣”來探測和使用相當?shù)拇筇结樓蚴峭瑯佑行У摹Ｈ欢?，使用球型探爭時，球表面的小區(qū)域接觸工件，而薄的圓盤卻要求精細的角度校正，以便保證正確地觸測待測工件。簡單圓盤僅僅要求一個直徑的驗證數(shù)據(jù)（通常在環(huán)行量規(guī)中），但只限制在X 和 Y 兩個方向中?？紤]探測深的鉆孔底部會帶來的額外的柔性變形，圓盤也允許有帶螺紋的中心以便可以固定中心測桿（接近圓盤也是有限的）。特殊應

16、用的探針 多種專用探針可以用來測量多類元素諸如：螺紋體，薄截面材料，工具箱以及其他專業(yè)應用。圓柱探針用于探測薄壁材料的孔。此外，各種帶螺紋的元素可以被探測，螺紋中心被定位。球端圓柱探針允許多角度采集數(shù)據(jù)和在X，Y，Z三個方向探測，這樣可以進行表面檢測。尖探針和陶瓷中空球狀探針設(shè)計尖狀探針是為了檢測螺紋體，特殊的點和劃線。圓端尖探針允許更精確的測量和特征元素的探測?？梢杂糜诟〉目椎臋z測。陶瓷材料的中空球狀探針對于探測X，Y和Z三個方向比較深的元素和鉆孔都是理想的。僅需要一個探測桿。在這個范圍有兩型號是直徑18 mm和30 mm。這些探針通常被設(shè)計與TP2/TP20/TP200和TP6來配合使用

17、。大直徑球的探測可減小粗糙表面的影響如何實現(xiàn)測量系統(tǒng)在復雜車間環(huán)境下的應用    今天，隨著現(xiàn)代制造流程步伐的加快，測量機放置在計量室而遠離實際的加工現(xiàn)場越來越不合實際。因為這樣的話，被測工件需要首先被運送到計量室，經(jīng)過溫度平衡，然后測量工件，輸出報告和準備信息，這些都需要一定的時間。而目前將測量機移到生產(chǎn)現(xiàn)場，實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的實時控制成為很多企業(yè)的迫切需要。這時，測量機更多地被視為生產(chǎn)設(shè)備。同時，檢測設(shè)備更加靠近生產(chǎn)現(xiàn)場將會為檢測過程本身帶來許多好處，包括減少了運送工件的時間和成本，由于加工和檢測的環(huán)境溫度一致而避免了溫度恒定的時間。但同時也為測量機帶來了挑戰(zhàn)

18、，因為制造的環(huán)境相對經(jīng)過嚴格環(huán)境溫度控制的計量室來說要惡劣，因為傳統(tǒng)的測量機設(shè)計是趨向于環(huán)境完好的計量試驗室而言的。    車間現(xiàn)場影響到測量機重復性的因素包括溫度、相對標準溫度要求的溫度變化以及溫度在時間和空間上的變化，這包括了周末的停機、日照、周圍機器產(chǎn)生的熱量以及季節(jié)的變化等等。    為避免環(huán)境對于測量性能的影響，適應車間環(huán)境的測量設(shè)備應運而生，能夠適應車間環(huán)境下特有的溫度變化、空氣污染和振動。配合先進的多測頭結(jié)構(gòu)溫度補償技術(shù)，避免了由于溫度變化而引起的變形，保證了溫度變化環(huán)境下的測量精度。   

19、 來自意大利DEA公司的A.C.T.I.V.結(jié)構(gòu)溫度補償技術(shù)通過硬件和軟件結(jié)合的辦法實現(xiàn)由于溫度變化而引起的變形產(chǎn)生的誤差。多達32個溫度傳感器被放置在測量機的關(guān)鍵部位，通過對大量溫度傳感器反饋信息的實時邏輯計算，實現(xiàn)對于溫度變換產(chǎn)生變形的補償。當然，許多測量機還結(jié)合了其他設(shè)計技術(shù)，以適應車間復雜的環(huán)境條件。如：- 溫度絕緣外罩- 光柵安裝座的特殊設(shè)計，避免由于機器結(jié)構(gòu)變化而引起的讀數(shù)變化- 風琴罩- 加壓機器外罩，保證車間的污染空氣的排放- 強迫通風系統(tǒng)，保證了整機上下溫度一致。復雜幾何形狀工件的計量解決方案    在計量科學領(lǐng)域，人們根據(jù)被測對象幾何形狀的復雜

20、程度，將工業(yè)領(lǐng)域中的測量問題分為箱體類工件測量和具有復雜幾何形狀工件測量。所謂箱體類工件就是指那些由基本幾何元素（點、線、面、圓、圓柱、圓錐、球）組成的幾何工件，包括齒輪箱工件，發(fā)動機箱體，機床加工部件或者是由簡單的自由形狀曲面組成的沖壓模、鑄模、玻殼工件等等。與箱體類工件相對應的是復雜幾何形狀工件，這類工件主要由具有明確數(shù)學定義的復雜曲線曲面構(gòu)成，例如各種類型的齒輪，齒輪加工刀具，凸輪軸，配對螺旋壓縮機轉(zhuǎn)子部件，蝸桿蝸輪以及步進齒輪等等。在傳統(tǒng)測量方法選擇上，人們主要依靠下述兩種測量手段完成工業(yè)領(lǐng)域上述工件的測量，即通過三坐標測量機執(zhí)行箱體類工件的檢測，通過專用測量設(shè)備，例如專用齒輪檢測儀、

21、專用凸輪檢測設(shè)備等完成具有復雜幾何形狀工件的測量。因此對于從事生產(chǎn)復雜幾何形狀工件的企業(yè)來說，完成上述產(chǎn)品的質(zhì)量控制企業(yè)不僅需要配置通用測量設(shè)備，例如三坐標測量機，通用標準量具、量儀，同時還需要配置專用檢測設(shè)備，例如各種尺寸類型的齒輪專用檢測儀器，凸輪檢測儀器等。這樣往往導致企業(yè)的計量部門需要配置多類型的計量設(shè)備和從事計量操作的專業(yè)檢測人員，因此企業(yè)無法實現(xiàn)柔性、通用計量檢測，計量設(shè)備使用效率較低，同時企業(yè)負擔較高的計量人員的培訓費用和計量設(shè)備使用和維護費用。因此，如何降低企業(yè)的測量成本，計量人員的培訓費用，測量設(shè)備的使用和維修費用，達到提高測量檢測效率的目的，使企業(yè)具備生產(chǎn)過程的實時質(zhì)量控制

22、能力。這將關(guān)系到企業(yè)在市場活動中的應變能力，對幫助企業(yè)建立并維護良好的市場信譽，具有重要的決定作用。在高精度測量領(lǐng)域，德國LEITZ公司憑借其在高精度測量領(lǐng)域積累的世界級測量技術(shù)以及豐富的應用理論知識，通過高性能、高精確度的PMM-C三坐標測量機與功能強大的工業(yè)級計量軟件QUINDOS的結(jié)合，不斷解決來自工業(yè)各個領(lǐng)域的高精度和復雜幾何形狀的計量需求。LEITZ在公司的發(fā)展歷史上，主要從事研制、開發(fā)、制造超高精度坐標測量機，包括在世界高精度三坐標測量機的發(fā)展歷史上具有里程碑意義的PMM機型，由于PMM機型在測量能力上具有超高精度，同時使用性能上具備長期運行的穩(wěn)定性。因此PMM型坐標測量機能夠在全

23、球安裝總數(shù)超過1,000臺，其中有近百臺服務(wù)于中國各大精密加工企業(yè)，例如航空航天部件生產(chǎn)企業(yè)、汽車部件生產(chǎn)企業(yè)以及高精度齒輪加工企業(yè)。LEITZ公司為了提高高精度坐標測量機的檢測效率，降低單件工件檢測的測量成本，于2001年成功地推出了目前世界性能最好的PMM-C型坐標測量機，其動態(tài)指標分別為最大測量加速度3000mm/秒2, 最大測量速度400mm/秒, 平均觸測頻率40點/秒。在主機結(jié)構(gòu)形式上，為了實現(xiàn)測量系統(tǒng)極高測量精度和測量性能的長期穩(wěn)定性，PMM-C超高精度坐標測量機具備如下特征：在主機部件材料選擇上，采用具有長期穩(wěn)定性和對溫度變化不敏感的材質(zhì)構(gòu)成，例如在整體基座，移動平臺和Y軸橫梁

24、上采用花崗巖，結(jié)構(gòu)支撐立柱采用鑄鐵材料。為了實現(xiàn)系統(tǒng)測量性能的長期穩(wěn)定性，PMM-C坐標測量機在結(jié)構(gòu)形式上為封閉框架：整體花崗巖的主機基座，移動工作臺，鑄鐵立柱以及花崗巖橫梁組成高強度的閉式結(jié)構(gòu)。由于PMM-C坐標測量機具有很高的結(jié)構(gòu)強度，因此測量系統(tǒng)即使在加速/減速，或是環(huán)境存在某種振動的情況下仍能保持極高的測量精度。由于PMM-C坐標測量機的各個運動軸，在機械結(jié)構(gòu)上彼此獨立，因此在整個測量過程中，三個坐標軸獨立運動，使得系統(tǒng)在整個測量空間內(nèi)具有相同量精度性能。光柵尺的布置盡量靠近被測工件，有效的消除了阿貝誤差的影響。中央布置驅(qū)動系統(tǒng)，消除了坐標軸在運動過程中扭轉(zhuǎn)和偏移。傳動系統(tǒng)上采用伺服電

25、機、高精密循環(huán)滾珠絲杠，保證測量系統(tǒng)即使在很高系統(tǒng)加速度的情況下，仍然具有穩(wěn)定的定位精度。探測系統(tǒng)采用3維模擬掃描測頭，不但能夠提供性能優(yōu)良的連續(xù)3維動態(tài)掃描功能，而且測量系統(tǒng)還能夠進行精度極高的觸發(fā)測量。在測量過程中，探針始終沿被測工件表面的法向矢量方向進行觸測。因此，即使在配制較長的測桿加長桿的情況下，測量系統(tǒng)也能夠自動補償測頭系統(tǒng)的形變和彎曲。采用國際權(quán)威機構(gòu)認證，具有確定熱膨脹系數(shù)的金屬光柵系統(tǒng)，由于光柵系統(tǒng)具有與被測金屬工件相近的熱膨脹系數(shù)，確保系統(tǒng)即使在比較大的測量范圍內(nèi)，仍然具有極高的測量精度。同時測量系統(tǒng)具有非常小的系統(tǒng)分辨率，保證了測量數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定的重復精度。由于PMM-C坐

26、標測量機在結(jié)構(gòu)上存在上述特征，因此整機系統(tǒng)具有非常小的長度測量示值誤差MPEE值和空間探測誤差MPEP值。例如對于PMM-C 700P坐標測量機在1921的溫度范圍內(nèi)的最大允許長度測量示值誤差MPEE=0.6+L/600um，最大允許空間探測誤差MPEP=0.6um。在將PMM-C坐標測量機應用于實際的工業(yè)計量檢測過程當中，逐漸引入了一種新的測量理念采用高精度通用測量設(shè)備完成工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的決大部分的測量檢測任務(wù)。通過PMM-C坐標測量機與QUINDOS專用計量軟件相結(jié)合不但能夠完成箱體類工件的檢測，而且能夠執(zhí)行具有復雜幾何形狀工件的檢測任務(wù)。LEITZ生產(chǎn)的高精度PMM-C坐標測量機系統(tǒng)之所以

27、能夠執(zhí)行復雜幾何形狀的檢測任務(wù)，是因為測量機系統(tǒng)具備了兩個必要的基本條件：1、 測量系統(tǒng)具有超高的測量精度性能，特別是坐標測量機極小的空間探測誤差MPEP值；2、 對于各種幾何形狀的測量，必須具備專業(yè)計量軟件，同時軟件必須具有正確的數(shù)學算法。QUINDOS專業(yè)計量軟件的數(shù)學算法的正確性和有效性均通過德國國家物理研究所PTB的權(quán)威認證，達到工業(yè)領(lǐng)域最高精度標準，其中軟件長度測量誤差小于0.1um，角度測量誤差小于0.1秒。高精度坐標測量機PMM-C作為通用計量檢測設(shè)備，不但能夠代替其他類型的專用檢測設(shè)備，例如代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義的形狀檢測儀、齒輪測量設(shè)備和凸輪軸檢測設(shè)備，執(zhí)行復雜幾何形狀檢測功能，降低了

28、企業(yè)執(zhí)行計量檢測任務(wù)所需的設(shè)備投資，而且在節(jié)省企業(yè)計量費用，提高計量檢測精度方面也發(fā)揮出重要的作用。首先，在同一臺計量設(shè)備或同一型號的計量設(shè)備上執(zhí)行檢測任務(wù)，有效的降低了由于操作人員的差異所引起的偶然誤差，同時系統(tǒng)誤差來源單一，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同工序的測量結(jié)果進行統(tǒng)一的評價，測量結(jié)果完全符合ISO標準的規(guī)定，測量結(jié)果具有更高的置信度水平；其次對于生產(chǎn)企業(yè)來講，完成企業(yè)計量檢測需要更少的操作人員，更少的培訓服務(wù)以及降低的設(shè)備維修保養(yǎng)費用。同時在最大限度上發(fā)揮了設(shè)備的使用效能，降低了企業(yè)的檢測成本。坐標測量機的精度指標作為衡量測量性能的重要參數(shù)之一，直接決定了坐標測量機能否具備執(zhí)行復雜幾何形狀工件的檢

29、測能力。例如在國際標準ISO 10360坐標測量機性能檢測標準中規(guī)定了坐標測量機在檢測幾何元素的長度，位置度和幾何元素形狀誤差時所采用的測量精度指標最大允許長度測量視值誤差MPEE和最大允許空間探測誤差MPEP。其中最大允許長度測量示值誤差MPEE與測量幾何元素長度和位置度相關(guān)；最大允許空間探測誤差MPEP為衡量坐標測量機檢測幾何元素形狀誤差的重要指標。其中后者在坐標測量機檢測復雜幾何形狀的具體應用中被定義為坐標測量機形狀檢測的最大允許誤差MPEP。下圖提供了坐標測量機在檢測形狀誤差時，坐標測量機形狀測量最大允許誤差MPEP值與被測工件允許的形狀誤差之間的關(guān)系。注：坐標測量機的形狀測量誤差R值

30、最大為被測量幾何元素形狀誤差的1/3。從上圖我們知道PMM-C坐標測量機在檢測直齒輪或斜齒輪時，坐標測量機的形狀測量誤差R與齒向測量誤差ff和齒面測量誤差ff之間的數(shù)量關(guān)系，由此我們可以進一步計算出PMM-C高精度坐標測量機測量齒輪所能達到的精度等級。 上表依據(jù)DIN 3692標準規(guī)定，模數(shù)610，齒寬2040mm，螺旋齒輪齒向誤差ff,齒面形狀誤差ff以及執(zhí)行檢測功能的坐標測量機所應具備的最大形狀測量誤差。因此LEITZ生產(chǎn)制造的高精度坐標測量機產(chǎn)品針對特定的齒輪模數(shù)，齒輪直徑，能夠執(zhí)行依據(jù)DIN標準規(guī)定一級齒輪的檢測任務(wù)。PMM-C坐標測量機能夠執(zhí)行齒輪檢測的類型包括內(nèi)外正齒輪、斜齒輪、螺

31、旋傘齒輪、冠裝齒輪等等。在測量過程中，通過LEITZ專利制造的TRAX 3維矢量測頭的不同測桿組合，完成齒輪檢測工作。例如，單測針完成正齒輪檢測，8-星型測針組合完成斜齒輪檢測，6-星型測針組合完成螺旋傘齒輪的檢測。由于在測量過程中，采用多種測針組合，完成檢測任務(wù)，因此PMM-C坐標測量機在執(zhí)行具有復雜幾何形狀工件檢測任務(wù)的過程中不需要額外附加旋轉(zhuǎn)工作臺。PMM-C坐標測量機在執(zhí)行具有回轉(zhuǎn)軸線的復雜幾何形狀的檢測任務(wù)方面，與傳統(tǒng)專用檢測設(shè)備或者是坐標測量機與轉(zhuǎn)臺相結(jié)合的測量系統(tǒng)相比較存在下述明顯的優(yōu)勢。 首先，能夠顯著的提高測量效率。PMM-C坐標測量機與QUINDOS專用測量軟件相結(jié)合，同時

32、配以QUINDOS軟件托盤測量模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)同類型齒輪的批測量。  上圖為PMM-C 700高精度坐標測量機托盤測量圓柱齒輪，齒頂圓直徑為90mm，其中系統(tǒng)的測量范圍為L×W 1200×1000mm，通過下述的計算公式我們能夠確定在Y向能夠測量的最多齒輪數(shù)，其中測量過程中測尖的移動需要5mm的間隙，8-星型測針組合在Y向的最大尺寸L=100mm， 公式：2×(505) (S-2)×(51005)S×901000,結(jié)論：S5，其中S為齒輪托盤測量Y向最多齒輪數(shù)因此對于上述尺寸類型齒輪的測量，通過一次裝夾，單次最多能夠批測量35

33、個圓柱齒輪。同時在PMM-C 700坐標測量機執(zhí)行測量工作的過程中不需要人工干預。使測量過程具有極高的檢測效率，因此能夠?qū)X輪加工提供實時的生產(chǎn)控制。例如與GLEASON齒輪加工中心相連接的GAGE 4/WIN測量接口，能夠根據(jù)GLEASON刀具的基本設(shè)置，自動生成傘齒齒面上的探測點，對齒輪加工中心提供實時的加工參數(shù)修整，從而形成了齒輪加工的閉環(huán)控制，該過程的原理如下： 其次，測量結(jié)果具有極高的準確性，由于坐標測量機由3個運動的坐標軸組成，同時3個坐標軸之間又有垂直度的要求，因此坐標測量機主機部分對測量結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差影響主要由與運動軸相關(guān)聯(lián)的21項誤差構(gòu)成即每個坐標軸存在6個自由度誤差，3個

34、坐標軸之間存在3個垂直度誤差。而對于具有旋轉(zhuǎn)工作臺坐標測量機而言，對測量結(jié)果產(chǎn)生影響的系統(tǒng)誤差遠遠大于以上提到的21項系統(tǒng)誤差，至少還應該包括與旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)軸線相聯(lián)系的6個自由度誤差以及旋轉(zhuǎn)軸線與其他3個運動軸之間3個位置度誤差。同時，通過PMM-C坐標測量機檢測諸如齒輪工件的過程中不存在裝夾誤差。因此，PMM-C坐標測量機在檢測具有回轉(zhuǎn)軸線復雜幾何形狀工件時，與其他通過旋轉(zhuǎn)工作臺進行測量的的檢測設(shè)備相比具有更高的檢測精度。有鑒于此，美國國家標準與技術(shù)研究院采用LEITZ公司制造的PMM 866坐標測量機校驗標準齒輪。最后，PMM系列坐標測量機具有更加廣泛的測量對象范圍，例如對于檢測齒輪工件

35、來講，可以測量的齒頂圓直徑為2mm3700mm，可以測量的齒輪模數(shù)0.25。在回轉(zhuǎn)工件軸線方向不存在可測量高度的限制，例如PMM-C坐標測量機能夠測量任意長度的蝸桿和壓縮機轉(zhuǎn)子部件。同時PMM-C坐標測量機在檢測某幾種幾何工件上具有唯一性，例如步進齒輪的檢測只能夠在PMM-C坐標測量機上完成。PMM-C坐標測量機與QUINDOS專業(yè)計量軟件相結(jié)合，在工業(yè)計量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了完全意義的通用計量檢測設(shè)備。不但能夠執(zhí)行箱體類工件的高精度檢測，而且能夠執(zhí)行具有復雜幾何形狀工件的計量檢測任務(wù)。例如，PMM-C坐標測量機能夠執(zhí)行各種類型齒輪工件檢測，齒輪加工刀具的檢測，螺旋壓縮機轉(zhuǎn)子部件的檢測，氣輪機葉片的檢測

36、以及蝸輪蝸桿的檢測。在復雜幾何形狀的制造領(lǐng)域，PMM-C高精度坐標測量機與工業(yè)級測量軟件QUINDOS的結(jié)合，對生產(chǎn)企業(yè)的測量技術(shù)革新，測量效率的提高以及整體生產(chǎn)成本的降低發(fā)揮著越來越重要的革新作用 介紹了測量造型中應用的三維測量技術(shù), 并以實物模型為例重點介紹了基于三坐標測量機（CMM）的接觸式掃描技術(shù)，表明了接觸式掃描技術(shù)在高精度測量應用中的優(yōu)勢。 簡要:介紹了測量造型中應用的三維測量技術(shù), 并以實物模型為例重點介紹了基于三坐標測量機（CMM）的接觸式掃描技術(shù)，表明了接觸式掃描技術(shù)在高精度測量應用中的優(yōu)勢。 1.引言 隨著汽車、船舶、航空、航天和模具工業(yè)的飛速發(fā)展，對產(chǎn)品外觀、性能等方面的

37、要求越來越高，使得自由曲面零件在現(xiàn)代工業(yè)中得到了越來越廣泛的應用。并且在產(chǎn)品和模具開發(fā)過程中，設(shè)計常常不是從已知的圖紙或理論數(shù)據(jù)開始，而是直接以實物樣件作為設(shè)計依據(jù)或參考模型。因此必須借助于坐標測量設(shè)備，從實物模型獲取數(shù)據(jù)，采用測量造型技術(shù)來得到CAD數(shù)學模型以便于進行修改，并同時生成數(shù)控代碼通過CNC生產(chǎn)出產(chǎn)品或開發(fā)制造出模具。 由于計算機技術(shù)在制造領(lǐng)域的廣泛應用，特別是數(shù)字化測量技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于測量數(shù)據(jù)的產(chǎn)品造型技術(shù)成為逆向工程技術(shù)關(guān)注的主要對象。本文介紹了測量造型中應用的三維掃描技術(shù)，對其精度、速度、適用范圍進行了分析與比較，以目前市場上流行的超薄CRT電視機中的16：9扁平玻錐和Z

38、EISS VAST掃描測頭為例，重點介紹了基于三坐標測量機（CMM）的接觸式掃描技術(shù)在測量造型中的應用。 2.三維掃描技術(shù)簡介 三維掃描是集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對物體空間外形和結(jié)構(gòu)進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標。它的重要意義在于能夠?qū)嵨锏牧Ⅲw信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，為實物數(shù)字化提供了相當方便快捷的手段。 三維檢測技術(shù)是近十年來蓬勃發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域，常見的三維物體形狀檢測方法可以分為接觸式和非接觸式兩大類，而檢測系統(tǒng)與物體的作用不外乎光、聲、機、電等方式，主要的檢測方法如下圖所示。 圖1 三維物體形狀檢測方法 下表從精度、速度、適用范圍對主要的檢測方法進行了分析與比較。表 各種測量方法的比較 非接觸測頭數(shù)字化速度高,比如激光帶掃描可達到 19000 點, 3D成像每場可達 1,300,000 點（一場約需要 10 秒種）, 然而, 非接觸測頭的精度比較低,低于25 微米（100x100x100 mm3 ）, 且物體表面條件: 如質(zhì)地, 顏色粗糙度反光程度等，都會影響非接觸測頭的數(shù)字化效果。此外，現(xiàn)有光學三維測量主流技術(shù)及其設(shè)備主要針對的是漫反射物體的三維測量，難以有效地測量非漫反射物體而在實際應用中，大量被測物體的表面性 為非漫反射，特別是在工