三坐标测量位置度、扫描方法的应用
宁波亚路机械有限公司，浙江省奉化市经济开发区汇泉路258号（315500） 李冉
论坛用户名：870018560 电话：[1**********]
摘要：随着科学技术不断的进步，精密加工技术的创新，三坐标机集合了自动控制等高科技为一体的精密高效质量控制设备，在生产中的地位越来越重，三坐标测量机的飞速发展和在计算机软件的控制和驱动下，完成了对工件尺寸和形位公差的测量。它不仅结合了3D 数模，和利用计算机软件技术并完美结合。三坐标测量机作为一种高精度的通用测量设备在工业生产领域中的使用越来越广泛，也越来越受到生产企业的重视。而且三坐标测量几何位置和曲线曲面的测量领域中，更将坐标测量机的应用推到一个新的领域。
关键词：扫描方法的应用、位置度的测量
前言：在机械加工行业中，产品需要进行位置度和轮廓扫描的零件很多，许多零件表面布满了孔位置度和轮廓的要求，各之间相对基准要求必须得到保证，才能满足零件装配要求，为提高各之间要求，编辑了三坐标测量程序测量，来满足质量要求，以来减少测量人员工作量。
三坐标测量机的测量通常分为接触式测量、非接触式测量。其中，接触测量方式常用于机械表面加工、铸造成型产品的测量。为了分析工件数据，或为逆向工程提供零件数据，需要用三坐标测量机对被测零件表面进行数据点扫描测量。 本文以海克斯康三坐标测量机软件为PC-DMIS CAD++为例，介绍三坐标测量机的几种常用扫描方法及其操作步骤。三坐标测量机的扫描操作是在被测零件表面的规定区域内进行数据点采集测量，该区域可能是线、面、零件的一个截面、曲线、曲面。选用的扫描方式有开线、闭线、面片、截面和自由扫描、螺旋扫描等； 下面主要介绍在PC-DMIS CAD++软件状态下，进入功能菜单选取扫描选项后的几种常用的扫描方式：
一、开线扫描
开线扫描是最基本的扫描方式。从起始点开始，沿一定方向并按规定轨迹进行扫描，直至终止点。开线扫描可分为有或无CAD 模型两种情况。如被测工件无模型，首先输入边界点的名义值。打开对话框中的边界点选项后，先点击1，输入扫描起始点数据；然后双击D，输入方向点的X、Y、Z坐标值；最后双击，输入扫描终点数据。检查设定的矢量是否正确，该矢量定义了扫描开始后第一测量点表面的矢量、截面以及扫描结束最后一点的表面矢量。当所有数据输入无误后点击创建。如被测零件有CAD 模型时，开始扫描时用鼠标点击CAD 模型的相应表面，PC-DMIS 软件将在模型上生成一点并加标志(1)表示为扫描起始点；然后点击下一点定义扫描方向；最后点击终点（或边界点）并标志为(2)。对于每一所选点，PC-DMIS 软件将在对话框中输入相应坐标值及矢量。确定其它选项（如安全平面、间隔距离和密度等）后，点击测量，然后点击创建，机器将会自动按照预定的轨迹测量。
二、闭线扫描
闭线扫描方式扫描内表面或外表面、圆、圆柱、圆周等，只需确定起点和方向点两个值，也可使用坐标测量机操作手柄触测被测工件表面的第一测点，然后触测方向点，PC-DMIS CAD++软件将把测量值自动加入对话框，并自动计算初始矢量。选择扫描控制方式、测点类型及其它选项后，点击创建。
三、面片扫描
面片扫描方法允许扫描一个区域而不是扫描线。应用该扫描方式至少需要四个边界点信息，即开始点、方向点、扫描长度和扫描宽度。PC-DMIS CAD++可根据基本信息给出的边界点确定三角形面片区域，扫描方向则由坐标值决定；若增加了第四或第五个边界点等，则面片可以为四方形或五边形等。
采用面片扫描方式时，在选框中选择闭线扫描，表示扫描一个封闭元素（如槽、
多边形等），然后输入起始点、方向点、终止点。终止点位置表示扫描被测元素时向上或向下移动的距离；用起始点、方向点和起始矢量可定义截平面矢量。现以创建无五边形面片为例，介绍面片扫描的几种定义方式：
键入坐标值方式,双击起始点，输入起始点坐标值X、Y、Z；双击方向点，输入扫描方向点坐标值；双击第一方向边界点，输入确定第一方向的扫描宽度；双击第二方向边界点，输入确定第二方向的扫描宽度，然后按添加按钮，对话框给出第五个边界点；双击第五个边界点，输入终止点坐标值；选择扫描所需的间距值后，点击创建。
触测方式,选定面片扫描方式，用三坐标操作手柄在所需起始点位置触测第一点，该点坐标值将显示在边界点对话框内；然后触测第二点，该点代表扫描第一方向的终止点，其坐标值将显示在对话框的内；然后触测第三点，该点代表扫描面片宽度，其坐标值将显示在对话框的内；选择添加，可在对话框内添加第五点；触测终止点，关闭对话框。最后定义扫描行距和间距两个方向数据；选择扫描触测类型，点击创建。
四、曲面扫描
曲面模型扫描的方式，该扫描方式只适用于有CAD 模型的零件。首先选定曲面扫描方式，点击模型零件表面；点击曲面上的扫描起始点；点击曲面定义方向点；点击曲面定义扫描宽度；添加附加点，点击定义扫描终止点，关闭对话框。定义两个方向的间距，点击创建。
五、截面扫描
截面扫描方式仅适用于有CAD 模型的零件，它允许对零件的某一截面进行扫描，扫描截面既可沿X、Y、Z轴方向，也可与坐标轴成一定角度。通过定义间距可进行多个截面扫描，可设置截面扫描的边界点。可在模型内寻找任何孔，并可采用与开线扫描类似方式定义其边界线，PC-DMIS CAD++将使扫描路径自动避开模型中的孔。
六、边界扫描
边界扫描方式仅适用于有CAD 模型的零件。该扫描方式采用模型计算扫描路径，该路径与边界或轮廓偏置一定距离。创建边界扫描时，首先选定边界扫描选项；若为内边界扫描，则在对话框中选择内边界扫描；点击表面确定扫描起始点；在同一表面上点击确定扫描方向点；点击表面确定扫描终止点，若不给出终止点，则起始点即为终止点；若为外边界扫描与内边界扫描操作步骤一样 。 扫描应用的要点：
（1）应根据被测零件的具体特点及要求合理选用适当的扫描测量方式，以达到提高数据采集精度和测量效率的目的。
（2）为便于测量操作和测头移动，应合理规划被测工件装夹位置；为保证产品精度，装夹零件时应尽量使测头能一次完成全部被测对象的扫描测量。
（3）扫描测量点的选取应包括零件轮廓几何信息的关键点，在变化较明显的部位应适当增加扫描测量点。
三坐标测量零件的位置度是采用的是坐标的测量方法，按照零件图纸上要求的基准，用坐标机建立一个坐标系，把零件上的孔或轴的位置测量出来，并把位置度计算出来，测出各个孔或轴与理论坐标值的偏差，以便生产人员调试,三坐标测量零件时，如果不注意基准坐标系的建立，平移，旋转，直接检测，结果可能偏离，这样就会与零件图纸要求不一致，因而，在实际测量零件中对此类问题的处理与测量一定要细心，避免因误测而给公司造成损失，根据位置要求三坐标测量通过对基准的平移，旋转测量，使之符合图纸要求位置度的测量
位置度公差是指各实际要素之间或他们相对一个或多个基准位置所允许的变动量，也就是实际存在的位置相对理想位置的变动量
根据被测要素的不同，位置度公差可以分为点的位置度公差、线的位置度公差、
面的位置公差，如下图，各孔的中心线必须位于直径为位置度0.25，轴线位于由基准A/B/C
和理论正确尺寸所确定的理想位置上圆柱面公差带内
孔的实际轴线的位置度误差值是以被测实际轴线的理想位置定位，做实际轴线的最小包容区域，该最小区域的直径即为孔的位置度误差值
公差原则就是尺寸（线性尺寸和角度尺寸）公差和形状公差之间的相互关系的原则分为两大类：独立原则和相关原则，独立原则是指形状公差与尺寸公差可以独立的规定，分别满足各自的要求，无特殊要求以独立原则测量，标示符号是：“S” 包容原则被测要素其实际轮廓应遵守最大实体边界，即体外作用尺寸不超出最大实体尺寸，且其局部实际尺寸不能超出最小实体尺寸，标示符号是：“E”最大实体原则标示符号是：“M”,最小实体原则标示符号是：“L”
位置度分为点的位置公差带、线的位置公差带、面的位置公差带，如下如所示是点的位置公差带，
上图所示线的位置公差带
上图所示面的位置公差带
总结：测量方法取决测量结果的真实性，这也是测量工作人员的应该重视的问题，因此在测量产品之前一定要认真分析，只有这样，才能得到真实可靠地结果。以上是我的个人工作经验，只有对测量不断的学习和研究，还有待以在今后的工作中不断的提高和完善，希望各位同行和专家指出其中的错误或不妥之处
参考文献：1、《机械制造检测技术手册》
2、《PC-DMIS培训教程》
3、 PC-DMIS帮助文档
三坐标测量位置度、扫描方法的应用
宁波亚路机械有限公司，浙江省奉化市经济开发区汇泉路258号（315500） 李冉
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摘要：随着科学技术不断的进步，精密加工技术的创新，三坐标机集合了自动控制等高科技为一体的精密高效质量控制设备，在生产中的地位越来越重，三坐标测量机的飞速发展和在计算机软件的控制和驱动下，完成了对工件尺寸和形位公差的测量。它不仅结合了3D 数模，和利用计算机软件技术并完美结合。三坐标测量机作为一种高精度的通用测量设备在工业生产领域中的使用越来越广泛，也越来越受到生产企业的重视。而且三坐标测量几何位置和曲线曲面的测量领域中，更将坐标测量机的应用推到一个新的领域。
关键词：扫描方法的应用、位置度的测量
前言：在机械加工行业中，产品需要进行位置度和轮廓扫描的零件很多，许多零件表面布满了孔位置度和轮廓的要求，各之间相对基准要求必须得到保证，才能满足零件装配要求，为提高各之间要求，编辑了三坐标测量程序测量，来满足质量要求，以来减少测量人员工作量。
三坐标测量机的测量通常分为接触式测量、非接触式测量。其中，接触测量方式常用于机械表面加工、铸造成型产品的测量。为了分析工件数据，或为逆向工程提供零件数据，需要用三坐标测量机对被测零件表面进行数据点扫描测量。 本文以海克斯康三坐标测量机软件为PC-DMIS CAD++为例，介绍三坐标测量机的几种常用扫描方法及其操作步骤。三坐标测量机的扫描操作是在被测零件表面的规定区域内进行数据点采集测量，该区域可能是线、面、零件的一个截面、曲线、曲面。选用的扫描方式有开线、闭线、面片、截面和自由扫描、螺旋扫描等； 下面主要介绍在PC-DMIS CAD++软件状态下，进入功能菜单选取扫描选项后的几种常用的扫描方式：
一、开线扫描
开线扫描是最基本的扫描方式。从起始点开始，沿一定方向并按规定轨迹进行扫描，直至终止点。开线扫描可分为有或无CAD 模型两种情况。如被测工件无模型，首先输入边界点的名义值。打开对话框中的边界点选项后，先点击1，输入扫描起始点数据；然后双击D，输入方向点的X、Y、Z坐标值；最后双击，输入扫描终点数据。检查设定的矢量是否正确，该矢量定义了扫描开始后第一测量点表面的矢量、截面以及扫描结束最后一点的表面矢量。当所有数据输入无误后点击创建。如被测零件有CAD 模型时，开始扫描时用鼠标点击CAD 模型的相应表面，PC-DMIS 软件将在模型上生成一点并加标志(1)表示为扫描起始点；然后点击下一点定义扫描方向；最后点击终点（或边界点）并标志为(2)。对于每一所选点，PC-DMIS 软件将在对话框中输入相应坐标值及矢量。确定其它选项（如安全平面、间隔距离和密度等）后，点击测量，然后点击创建，机器将会自动按照预定的轨迹测量。
二、闭线扫描
闭线扫描方式扫描内表面或外表面、圆、圆柱、圆周等，只需确定起点和方向点两个值，也可使用坐标测量机操作手柄触测被测工件表面的第一测点，然后触测方向点，PC-DMIS CAD++软件将把测量值自动加入对话框，并自动计算初始矢量。选择扫描控制方式、测点类型及其它选项后，点击创建。
三、面片扫描
面片扫描方法允许扫描一个区域而不是扫描线。应用该扫描方式至少需要四个边界点信息，即开始点、方向点、扫描长度和扫描宽度。PC-DMIS CAD++可根据基本信息给出的边界点确定三角形面片区域，扫描方向则由坐标值决定；若增加了第四或第五个边界点等，则面片可以为四方形或五边形等。
采用面片扫描方式时，在选框中选择闭线扫描，表示扫描一个封闭元素（如槽、
多边形等），然后输入起始点、方向点、终止点。终止点位置表示扫描被测元素时向上或向下移动的距离；用起始点、方向点和起始矢量可定义截平面矢量。现以创建无五边形面片为例，介绍面片扫描的几种定义方式：
键入坐标值方式,双击起始点，输入起始点坐标值X、Y、Z；双击方向点，输入扫描方向点坐标值；双击第一方向边界点，输入确定第一方向的扫描宽度；双击第二方向边界点，输入确定第二方向的扫描宽度，然后按添加按钮，对话框给出第五个边界点；双击第五个边界点，输入终止点坐标值；选择扫描所需的间距值后，点击创建。
触测方式,选定面片扫描方式，用三坐标操作手柄在所需起始点位置触测第一点，该点坐标值将显示在边界点对话框内；然后触测第二点，该点代表扫描第一方向的终止点，其坐标值将显示在对话框的内；然后触测第三点，该点代表扫描面片宽度，其坐标值将显示在对话框的内；选择添加，可在对话框内添加第五点；触测终止点，关闭对话框。最后定义扫描行距和间距两个方向数据；选择扫描触测类型，点击创建。
四、曲面扫描
曲面模型扫描的方式，该扫描方式只适用于有CAD 模型的零件。首先选定曲面扫描方式，点击模型零件表面；点击曲面上的扫描起始点；点击曲面定义方向点；点击曲面定义扫描宽度；添加附加点，点击定义扫描终止点，关闭对话框。定义两个方向的间距，点击创建。
五、截面扫描
截面扫描方式仅适用于有CAD 模型的零件，它允许对零件的某一截面进行扫描，扫描截面既可沿X、Y、Z轴方向，也可与坐标轴成一定角度。通过定义间距可进行多个截面扫描，可设置截面扫描的边界点。可在模型内寻找任何孔，并可采用与开线扫描类似方式定义其边界线，PC-DMIS CAD++将使扫描路径自动避开模型中的孔。
六、边界扫描
边界扫描方式仅适用于有CAD 模型的零件。该扫描方式采用模型计算扫描路径，该路径与边界或轮廓偏置一定距离。创建边界扫描时，首先选定边界扫描选项；若为内边界扫描，则在对话框中选择内边界扫描；点击表面确定扫描起始点；在同一表面上点击确定扫描方向点；点击表面确定扫描终止点，若不给出终止点，则起始点即为终止点；若为外边界扫描与内边界扫描操作步骤一样 。 扫描应用的要点：
（1）应根据被测零件的具体特点及要求合理选用适当的扫描测量方式，以达到提高数据采集精度和测量效率的目的。
（2）为便于测量操作和测头移动，应合理规划被测工件装夹位置；为保证产品精度，装夹零件时应尽量使测头能一次完成全部被测对象的扫描测量。
（3）扫描测量点的选取应包括零件轮廓几何信息的关键点，在变化较明显的部位应适当增加扫描测量点。
三坐标测量零件的位置度是采用的是坐标的测量方法，按照零件图纸上要求的基准，用坐标机建立一个坐标系，把零件上的孔或轴的位置测量出来，并把位置度计算出来，测出各个孔或轴与理论坐标值的偏差，以便生产人员调试,三坐标测量零件时，如果不注意基准坐标系的建立，平移，旋转，直接检测，结果可能偏离，这样就会与零件图纸要求不一致，因而，在实际测量零件中对此类问题的处理与测量一定要细心，避免因误测而给公司造成损失，根据位置要求三坐标测量通过对基准的平移，旋转测量，使之符合图纸要求位置度的测量
位置度公差是指各实际要素之间或他们相对一个或多个基准位置所允许的变动量，也就是实际存在的位置相对理想位置的变动量
根据被测要素的不同，位置度公差可以分为点的位置度公差、线的位置度公差、
面的位置公差，如下图，各孔的中心线必须位于直径为位置度0.25，轴线位于由基准A/B/C
和理论正确尺寸所确定的理想位置上圆柱面公差带内
孔的实际轴线的位置度误差值是以被测实际轴线的理想位置定位，做实际轴线的最小包容区域，该最小区域的直径即为孔的位置度误差值
公差原则就是尺寸（线性尺寸和角度尺寸）公差和形状公差之间的相互关系的原则分为两大类：独立原则和相关原则，独立原则是指形状公差与尺寸公差可以独立的规定，分别满足各自的要求，无特殊要求以独立原则测量，标示符号是：“S” 包容原则被测要素其实际轮廓应遵守最大实体边界，即体外作用尺寸不超出最大实体尺寸，且其局部实际尺寸不能超出最小实体尺寸，标示符号是：“E”最大实体原则标示符号是：“M”,最小实体原则标示符号是：“L”
位置度分为点的位置公差带、线的位置公差带、面的位置公差带，如下如所示是点的位置公差带，
上图所示线的位置公差带
上图所示面的位置公差带
总结：测量方法取决测量结果的真实性，这也是测量工作人员的应该重视的问题，因此在测量产品之前一定要认真分析，只有这样，才能得到真实可靠地结果。以上是我的个人工作经验，只有对测量不断的学习和研究，还有待以在今后的工作中不断的提高和完善，希望各位同行和专家指出其中的错误或不妥之处
参考文献：1、《机械制造检测技术手册》
2、《PC-DMIS培训教程》
3、 PC-DMIS帮助文档