坐标测量机与计算机辅助检测规划生成光电转换器

坐标测量机与计算机辅助检测规划生成

坐标测量机与计算机辅助检测规划生成 2011年12月09日 来源： 计算机在检测规程编制中的引入，大大提高了检测规程的编写速度和准确性。目前计算机辅助检测规划（CAIP）系统已经成为计算机辅助质量系统（CAQ）的重要组成部分。根据所面向的检测设备的不同，CAIP系统可分为：面向CMM的CAIP系统和面向通用检测量具的CAIP系统等。本章分别介绍这两种系统功能、组成及其特点。另外，还介绍了三坐标测量机的结构、特点，计算机系统和测量设备之间进行检测数据双向通信的标准DMIS。7.1坐标测量机及其特点坐标测量机（Coordinate Measuring Machine，缩写为CMM）是一种具有很强柔性的尺寸测量设备。CMM在工业界的应用开始于对棱柱类零件的快速、精确测量。但随着CMM各方面技术的发展（如回转工作台、触发式测头的产生），特别是计算机控制的CMM的出现，目前，CMM已广泛应用于对各类零件的自动检测。与投影仪、轮廓测量仪、圆度测量仪、激光测量仪等相比较，CMM具有适应性强，功能完善等特点。坐标测量机的出现，不仅提高了检测设备的水平，而且在自动化检测中也是一个生要的突破。CMM在自动化程度方面有很大的差别。计算机控制的CMM具有全自动执行检测、分析检测数据和输出检测结果的功能，而一般的CMM仅具有手动控制功能或手动控制加示教功能。目前，随着计算机硬件性能的提高和价格的降低，绝大部分CMM均配有计算机，利用计算机可对测量所得的数据进行在线分析，以判别被测工件是否合格。同时也可以使用统计技术来确定工艺能力是否满足，分析误差来源等。除了在质量检测方面使用CMM外，CMM还可应用于对实物的仿物的信制加工中，即所谓逆向工程（Revers Engineering）。在这种情况下，由CMM测量实际工件，并将测量所得的数据传送到CAD/CAM系统中，由CAD/CAM系统对这些数据进行加工处理，建立CAD模型，并进一步生成加工指令来指导加工。7.1.1CMM结构及测头7.1.1.1CMM结构图7-1所示为CMM的结构示意图，它由安装工件的工作台、立柱、横梁、导轨、三维测头、坐标位移测量装置和计算机数控装置组成。CMM的工作台一般由花岗岩制成，花岗岩是经过了长时间自然时效处理的岩石，内部应力小，用它做工作台具有吸振、稳定，耐久及便于保养等特点，从而为安装在其上的其它部件提供了一个紧实稳固的基础。三维测头的头架与横梁之间采用低摩控的空气轴承连接，采用空气轴承还有一个好处就是可以减小导轨表面机械缺陷对运动精度的影响。在数控程序或手动控制下测头沿被测表面移动，移动过程中测头将记录测量数据，计算机根据记录的测量结果，按给定的坐标系统计算被测尺寸。按结构可将CMM分为以下几种形式：悬臂式、移动桥式、固定桥式、水平悬臂式，如图7-2所示。在实际应用中可根据被测工件的技术规范、尺寸规格以及各种结构的具体特点选择不同的结构形式。桥式和龙门式具有较高的刚度，可有效地减小由于重力的作用，使移动部件在不同位置时造成的CMM非均匀变形，从而在垂直方向上具有较高的精度。龙门式的设计结构主要是为了测量体积比较大的物体。由于本身结构的特点，桥式和龙门式的CMM具有较大的惯性，影响了其加减速性能，测量速度一般较低。当前，在人们追求测量时间尽可能短的情况下，测量速度低成为桥式和龙门式的CMM缺点之一。另外，敞开空间较小，从而限制了工件的自动装卸；悬臂式的CMM惯性小，因而加减速性能较高，有利于提高测量时的速度。但是，悬臂式的CMM缺少立柱的支撑，因而对工件在垂直方向上的检测精度有限制。悬臂式的CMM由于有较大的敞开空间，有利于工件的自动装卸。CMM的操作与CNC机床相似。在计算机控制的制造系统中，CMM的控制程序和坐标数据可以由中央计算机传送，测量结果亦可反馈给主控计算机。CMM在尺寸上有很大的差别，小的手动控制的CMM其体积可能只有0.05m，而大的CMM可用来测量整个汽车的外轮廓。CMM的测量范围是由三维测头在空间X，Y，Z方向所能移动的最大范围确定的。在实际使用当中测量范围受到工作台大小以及工件不同形状的限制。为了适应不同用户的要求，制造商一般向用户提供一系列不同测量范围、不同配置的CMM。7.1.1.2 CMM测头测头是CMM非常关键的部件，可以这样说，测头的发展先进程度就标志着CMM的发展先进程度。CMM可以配置不同类型的测头传感器。接触类的测头主要包括触发式、模拟式两种。非接触式包括激光三角测量、激光成像、机器视觉等。最初人们使用CMM时，由操作人员移动坐标轴，所用的测头是刚性的，当刚性测头以一定的接触力接触到被测表面时，人为记录下各坐标轴的坐标值。这种初期的CMM不可能具有自动检测的能力，使用范围受到了极大的限制。但由于它具有了三坐标的雏形，在使用雏测头钻孔的位置时也相当有效，如图7-3所示。CMM能被广泛地应用，其主要的一个原因是发明了触发式测头，触发式测头的最大功能是它的触发功能，即当探针接触被测表面并有一定的微小位移时，测头就发出一电信号，利用此信号可以立即锁定当前坐标轴的位置，从而自动记

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