利用高性能掃描系統(tǒng)重現(xiàn)工件的真實形狀

掃描是自動采集大量點的數(shù)據(jù)以精確定義工件形狀的方法一姿。

　　對于大量尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析是實現(xiàn)制造過程控制最為有效的途徑拖云。通過對采集信息的分析，可指明超差情況并可進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以提高工件的加工質(zhì)量踏施。

　　精確地采集足夠的尺寸信息以完成有效的過程控制在許多情況下是一項挑戰(zhàn)石蔗，對于復(fù)雜曲面外形更是如此。今天徒锄，測量機(jī)可自動測量工件的空間形狀轮拼，通過利用這些信息與測量機(jī)CAD系統(tǒng)相聯(lián)，可充分體察整個制造過程粮忍。這種測量機(jī)稱為掃描測量機(jī)衷求。掃描是自動采集大量點的數(shù)據(jù)以精確定義工件形狀的有效方法帮声。

　　通過先進(jìn)的計量軟件肄蓄，如Brown & Sharpe主流的測量軟件PC-DMIS，可最大限度地發(fā)揮掃描的作用专散，通過其獨特的直接接口提供了與主要CAD系統(tǒng)的直接連接偷瀑，避免由于格式轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的偏差和失真，并具備完善的數(shù)據(jù)分析和報告功能喉隙。為在實際過程控制中充分發(fā)揮其效用叶皿，先將關(guān)于掃描技術(shù)的基本知識介紹給大家。

　　連續(xù)掃描加快了數(shù)據(jù)采集的速度

　　傳統(tǒng)的測量機(jī)配備有觸發(fā)式測頭畏帖，利用密集點掃描的方法記錄工件表面點的數(shù)據(jù)拢掷。在密集點掃描的情況下，測量機(jī)從工件表面抬起測頭曹动，并使其向前輕移斋日，并在采集下一次點時降低測座。這種密集采點的過程比較慢并且不能有效地測量形狀墓陈。

　　模擬測頭進(jìn)行連續(xù)掃描恶守，可沿工件表面運動，發(fā)送連續(xù)的點數(shù)據(jù)到系統(tǒng)計算機(jī)贡必，避免了點到點探測進(jìn)行運動而造成的時間損失兔港，可有效解決上述問題庸毫。根據(jù)工件的幾何形狀是否已確定，測量機(jī)使用兩種不同類型的連續(xù)掃描方法衫樊。

　　開環(huán)掃描是用來高速測量理論上已知或已確定形狀工件的方法飒赃，其幾何量是由一些曲線和曲面所構(gòu)成，并允許探測接觸到工件表面科侈。機(jī)器的運動是由記錄在測量機(jī)工件檢測程序的工件名義幾何數(shù)據(jù)所確定的盒揉，通過連續(xù)掃描，記錄下實際曲面和名義數(shù)據(jù)的偏差兑徘。箱體類工件和幾何特征刚盈，如孔、平面和圓柱嘹征，能夠在幾秒中完成掃描蓄梯，重復(fù)性和精度高，并能完整地描述其幾何形狀纸靠，產(chǎn)生對尺寸游推、位置和形狀的描述。獲取大量點的數(shù)據(jù)能夠保證高重復(fù)性的獲取尺寸誓读、形狀和位置信息胳雁。一般來說，產(chǎn)生的點越多伞让，結(jié)果的重復(fù)性越好康逝。

　　閉環(huán)掃描是高精度的掃描技術(shù)，在對未知的停濒、回轉(zhuǎn)形工件的測量時非常有用菲恢，可有效地進(jìn)行模具：包括復(fù)雜的、非常小和/或三維曲面的任意工件的數(shù)字化衣右，如葉片锁孟、齒輪、凸輪和轉(zhuǎn)子是進(jìn)行閉環(huán)掃描的理想選擇茁瘦。模擬掃描測頭探測工件在曲面方向上的變化品抽，并相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整以保持與工件表面的接觸以完成整個測量過程。

測頭是精確掃描的重要因素

　　模擬測頭可作為小型甜熔、精確的輔助性三坐標(biāo)測量機(jī)圆恤，其讀數(shù)可作為測量機(jī)的補充。在掃描過程中纺非，測桿始終接觸工件表面哑了，測量機(jī)控制系統(tǒng)保證了以恒定的探測力進(jìn)行觸測。該力進(jìn)行三軸空間偏轉(zhuǎn)烧颖，高分辨率電子傳感器記錄下位移弱左。尺寸數(shù)據(jù)不斷自光柵和模擬測頭的傳感器被讀取并送到軟件進(jìn)行分析窄陡。

　　　　　　　　　　　　　

　　當(dāng)工件表面的特性不適應(yīng)于直接接觸式測量時，非接觸數(shù)據(jù)采集測頭能夠解決這一問題 (如圖)拆火。這種光學(xué)測頭將一個光源和電子成像探測器整合在一起跳夭，通常利用三角法進(jìn)行工作。光源發(fā)出一束精確的激光或紅外線光束叶奈，當(dāng)這個光速射到工件表面時湃儒，形成點的圖象。擴(kuò)散的光束聚焦成為光電排列尸惭。任何的曲面偏差反映成陣列上點的圖象位置變化氯摆。

　　一些非接觸測頭整合有結(jié)構(gòu)性光源，并形成光平面男磅。當(dāng)這個光平面與工件相交峡冻，光線沿工件輪廓表面形成。該光線通過圖象傳感器識別蜂澄，并轉(zhuǎn)化成為數(shù)字化圖象最奸。距離的測量也可進(jìn)行，基于該光線 工件表面的形狀和位置墨攻。結(jié)構(gòu)化光傳感器能夠同時利用三角法計算沿線數(shù)以百計的XYZ坐標(biāo)拜殊。

　　非接觸測頭相對于模擬測頭掃描速度更快，但在測量工件特征方面有局限汹魁。工件特征可測性方面的局限使得經(jīng)常需要進(jìn)行測頭的重新定位匿党，這樣就降低了系統(tǒng)的工作效率。

　　非接觸測可與模擬掃描測頭配合工作锭吨，從而擴(kuò)展了測量機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域蠢莺，并完成包括鐘表零件寒匙、塑料件和小齒輪在內(nèi)的細(xì)小復(fù)雜工件的測量零如。

測量機(jī)的整機(jī)設(shè)計是取得高速連續(xù)掃描的關(guān)鍵

　　測量機(jī)的整機(jī)設(shè)計是取得高速連續(xù)掃描操作的關(guān)鍵。其機(jī)械本體和控制系統(tǒng)锄弱、驅(qū)動和氣浮系統(tǒng)需要相互適應(yīng)并發(fā)揮最大效用考蕾。例如，機(jī)械本體需提供高重復(fù)性所需要的剛性会宪。
　　控制系統(tǒng)也是一個關(guān)鍵所在肖卧，因為控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)著機(jī)械本體、掃描測頭掸鹅、驅(qū)動系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的采集與計算機(jī)分析塞帐。曲面形狀的變化需要盡快識別，從而可精確地跟蹤掃描路徑巍沙】眩控制系統(tǒng)反應(yīng)的速度和精度荷鼠，即使是最小的變化，決定了測量機(jī)的效率献舍。同時逛指，需要采用快速、并行的數(shù)據(jù)傳輸苟及，以保證測量分析不會滯后骤转。
　　許多因素可決定一臺掃描測量機(jī)的實際測量速度，包括加速度夷钥、最大速度锚蛀、探測速度、探測方法(開環(huán)或閉環(huán))婿残，以及測量機(jī)軟件的計算能力廊畔。

　　由于對形狀的測量需要大量的數(shù)據(jù)，在許多其他的測量軟件中一些特殊的掃描功能并不具備脖煮。如其過濾功能允許掃描軟件能夠從完工表面形狀的輕微變化中進(jìn)行識別贬奢，如葉片的粗糙部分。過濾器同時還可減少振動所引起的變化蜀骗。

　　另一特殊的功能是測頭半徑的修正悦追，也稱為平行曲線校準(zhǔn)。在掃描應(yīng)用中限寞，數(shù)據(jù)需要采用平行曲線功能利用測桿半徑進(jìn)行轉(zhuǎn)換忍啸，從而獲得工件曲面的真實表示。在分析過程中履植，利用平行曲線功能來消除掃描點與名義點之間的差異计雌，從而計算出與名義點之間的偏差。

　　測量結(jié)果需要被展示以幫助輕易識別可能的工件問題玫霎，發(fā)現(xiàn)問題所在并在過程中采取適當(dāng)?shù)男袆釉渎恕！爸圃熘小焙汀霸O(shè)計中”的結(jié)果比較能夠以各種圖形格式進(jìn)行顯示庶近，從而可快速理解和幫助探測到在制造過程中所引發(fā)的錯誤翁脆。偏差以彩色編碼進(jìn)行繪制，同時在掃描曲面上具有名義偏差帶鼻种。(如圖)

　　 零件的編程和編輯必須是互動的反番，并充分利用CAD圖形的優(yōu)勢。先進(jìn)的掃描軟件包允許三維工件幾何量表示能夠?qū)氲綔y量程序中叉钥，自動從CAD模型上提取名義值和曲面的算術(shù)矢量罢缸。通過點擊被掃描工件表面的區(qū)域和輪廓，系統(tǒng)可自動完成對區(qū)域和輪廓的掃描码累，并為采集數(shù)據(jù)進(jìn)行報告譬椰。

　　最為先進(jìn)的掃描軟件包括有一系列特殊應(yīng)用軟件包绳练，能夠簡化和優(yōu)化各種復(fù)雜工件幾何量的測量與分析。如為檢測機(jī)翼和渦輪葉片虑庇、螺旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子枫昏、凸輪、直齒和斜齒的專用模塊光丢。

　　隨著測量效率的大幅提升旋蝎，使得掃描測量機(jī)不僅能夠完成計量應(yīng)用，同時還可進(jìn)行生產(chǎn)過程控制镰掐。這一新的系統(tǒng)孕序，將計量室級別的精度與重復(fù)性和高速數(shù)據(jù)采集與更好的環(huán)境適應(yīng)性結(jié)合在一起。

　　三維掃描頭被固定在機(jī)器的Z軸上炸诚，可適配各種不同的測桿递市，從而完成各種復(fù)雜幾何特征和形狀的測量，而不需要進(jìn)行測頭的重新校準(zhǔn)碗屏。自動測桿更換庫允許快速測桿更換唁情，提高了系統(tǒng)的操作靈活性。

掃描測量機(jī)的應(yīng)用

　　連續(xù)掃描測量機(jī)可用在許多場合甫匹，它們可用來測量甸鸟、數(shù)字化和檢測完工產(chǎn)品、機(jī)械組件和形式繁多的各種基礎(chǔ)工業(yè)產(chǎn)品兵迅，包括了汽車抢韭、航空航天、工程和農(nóng)用機(jī)械恍箭、機(jī)床刻恭、國防、家電扯夭、計算機(jī)和電子鳍贾、醫(yī)療設(shè)備和半導(dǎo)體領(lǐng)域。

　　逆向工程勉抓，一種利用樣件實施再造的方法贾漏，有賴于掃描測量機(jī)采集樣件的表面點。測量機(jī)軟件所具備的便于使用的逆向工程功能藕筋，可直接從樣件掃描數(shù)據(jù)文件中直接產(chǎn)生CAD/CAM數(shù)據(jù)。測量機(jī)所采集的表面點的數(shù)據(jù)能夠直接導(dǎo)入到CAD工作站呕摹，從而產(chǎn)生零件幾何形狀的數(shù)字化表示蒂抒。

　　連續(xù)掃描技術(shù)為制造商提供了一種嶄新的方法，在謀求利用尺寸數(shù)據(jù)提高制造流程和整體質(zhì)量水平上取得了新的突破二搀。

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