模具之家讯：一、引言

三坐标测量机简称CMM，自六十年代中期第一台三坐标测量机问世以来，随着计算机技术的进步以及电子控制系统、检测技术的发展，为三坐标测量机向高精度、高速度方向发展提供了强有力的技术支持。CMM测量方式可分为接触测量和非接触测量以及接触和非接触并用式测量，早期的CMM主要用于计量与检测，随着先进制造技术的发展，尤其FMS技术广泛的应用，使三坐标测量机在反求工程中的地位日益受到重视。

反求工程主要包含两项内容，一是实物模型表面数据点的获取，即数字化技术；二是曲面造型技术。从三坐标测量机的基本工作原理可看出：①三坐标测量机能在工件一次装卡的情况下通过测头的有效组合以及结合测头A、B轴旋转功能，能完成零件的大部分几何元素的测量。②借助随机计算机及测量软件可完成对所测数据进行计算与误差分析。③先进的测量软件可支持CAD/CAM功能或进行标准数据格式转换，可使设计、生产、测量实现数据共享。即三坐标测量机测得的数据既可用于数据分析，也可为反求工程技术以及RP技术提供原始信息。

本文以美国brown&sharpe公司生产的microxcelpfx454型三坐标测量机、Renishaw测头及随机软件PC-DMIS3.0为基础，以CimatronCAD/CAM/R-En为数据处理软件，详细介绍了三坐标测量机在汽车排气管反求工程中的坐标系建立、数据采集、数据格式转换、处理等方面的应用技术。应用步骤如图1所示。
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图1三坐标测量机应用步骤

二、分析实物原型

图2所示的汽车排气管模型为通过反求工程得到的最终数字产品模型，其外形复杂，曲面变化较大且不规则，要对其进行数据采集，在三坐标测量机上方法很多，但是数据的采集方案要符合造型的思路，否则很难实现零件的精确再现。根据排气管的几何形状，可以看出尽管排气管表面完全是无规则的空间曲面，但整个几何形状却是由排气管轮廓曲线及可变截面轮廓线来控制的。这样就可以通过变截面扫描物体的方法来创建排气管的曲面模型。这样做的优点是采集的数据少，造型时几何模型表面光滑，有利于滤掉测量过程中产生的随机扰动和原始零件固有的缺陷。


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图2汽车排气管数字模型

当然也可以对排气管表面进行分层截面轮廓测量，但这种方法数据采集工作量大，曲线处理的工作量也很大，且通过这些曲线所创建的曲面上会存在明显的凸凹不平波纹，效果很不理想。实测过程中采用了第一种方法。

三、测量机测头校验

测量机应用之前，测头应进行校验。一是让软件计算球心相对于测量机坐标系零点的位置；二是计算测头的等效直径。由于测杆的变形，测头的等效直径与上一次测量所用测头实际直径有所差别，进行当前测头校验可以保证测头半径补偿精度。

校验前，先考虑如何建立被测量物体的坐标系，要对物体进行哪几个方向的测量，对测头在这几个方向要一一进行校验，并将校验的结果保存起来。

测头校验后，要考虑排气管在工作台上怎样装夹，严格按照测量要求，使用专用夹具，将工件固定在工作台上。以保证精度要求。

四、物体坐标系的建立

坐标系的确定是将来数据处理的关键问题。坐标系的建立正确与否，直接关系到数据处理能否顺利进行、造型是否正确。特别是排气管在测量过程中，不可能一次装卡测完所有数据，为保证在不同的坐标系测量的数据，能够进行整合，构成被测物体的统一数字模型。这就要求在不同的测量过程中，确立的坐标系能够互相统一起来。实测中取上端面第一个圆心为坐标原点，至于轴向问题可通过CimatronCAD/CAM造型软件坐标变换功能得到统一。坐标系如图3所示。


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图3汽车排气管数字模型坐标示意图

测量过程中，建立坐标系的常用方法有3
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