三坐标测量机自动测量技术的研究

　　随着生产规模的日益扩大,加工精度的不断提高,传统的测量方法已不能满足生产的需要,越来越多的工件需要进行三维测量。三坐标测量机(Coor-dinateMeasuringMachine, CMM)解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量;提高了三维测量的精度和效率。在三坐标测量机的测量过程中,要求测头能以较快的速度、较短的路径采集表面上各点的坐标值,而测头不与工件碰撞。测头能够避开障碍物在空间无碰撞地有序运动,通常是由人的大脑指挥进行判断和控制的。

　　当面对一个工件或一份图纸时,如何装夹工件?选择何种探针?怎样建立测量基准?先测哪些元素,后测哪些元素?何处需要设置避障点?这些问题对有经验的检测人员来说并不难。但要让三坐标测量机读取CAD图纸数据后,便自动完成这些工作就并非易事,除非赋予坐标测量机这方面的智能才有可能实现。遗憾的是,目前多数三坐标测量机还不具备这种智能,即使有这类功能,也还只是初级的,需要进一步完善和发展。现今,有少数CAD系统具有坐标测量编程功能,但都是依赖于高度的人机交互对话,不具有检测规划和测量路径自动生成的功能。

　　现代的三坐标测量机软件一般都具有“自学习”功能。所谓“自学习”,指的是为了能自动测量相同的一批工件,计算机把操作者人工操作的过程及相关信息记录下来,并储存在文件中的一种功能。自动测量时,按照人工测量的方式装夹工件,建立坐标系。然后,利用人工测量的一些信息编写程序并加入必要的避障点进行自动测量。对三坐标测量机来说,由于自动运行时的速度、加速度和测头的测量力是由计算机控制的,比手动操作平稳均匀。因此,自动测量的精度比人工测量高。作者以喷油嘴压紧块为例利用三坐标测量机对一批喷油嘴压紧块进行自动测量。

　　1　自动测量时的测头走向

　　如图1所示,假定测头停在初始位置A处,为了探测工作表面点C,一般先快速驱使测头到点C表面法线上方很近的一点B,再沿法线方问慢速探测点C,之后快速到达点D,慢速探测点E……如此反复,逐点测量。测量完成后,测头停在空旷的H处。快速运动的目的是为了提高测量效率,而慢速探测是为了保证测量精度。把点B、D、F称之为避障点,把点C、E和G称之为探测点,把称之为“探测方向矢量”。

　　实际上,测头在C、E、G等点以低速沿法向前进与工件表面接触后,先后退一小段距离,以保护测头免受损害。这一距离通常很小,只有零点几毫米到2mm(图1未表示),再走向避障点D、F、H。如果测量已知的几何要素,这些“避障点”、“探测点”和“方向矢量”都可通过程序自动生成。如果测量未知要素,就需要通过人工测量并用自学习　程序记录它们。