1 前言

三坐標(biāo)測量機測量原理就是將被測物體置于三坐標(biāo)測量空間，可獲得被測物體上各測點的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計算求出被測物體的幾何尺寸和形狀。經(jīng)過與CAD設(shè)計模型的比對，可以檢測加工零件的合格性，在工業(yè)實際中有著巨大的應(yīng)用價值。

基于ＣＭＭ的接觸式測量方法具有測量準(zhǔn)確度高的優(yōu)點，常用的數(shù)據(jù)采集方式有手動采樣模式和自動采樣模式。

1.1 手動采樣模式

采用Joystick驅(qū)動探頭去接觸零件表面，探頭的探針每次接觸零件表面,就采集一個輪廓的數(shù)據(jù),然后再移動一個間距,采集下一個輪廓數(shù)據(jù),最后得出測量表面信息。手動采樣的速度較低，靠教來移動機臺，效率低下，不適合工業(yè)大批量測量的要求。

1.2 自動采樣模式

為了解決手動采樣效率低下的問題，必須要開發(fā)出能夠自動測量的技術(shù)，實現(xiàn)測量路徑的預(yù)生成，再讓探頭按照生成的路徑連續(xù)運動去收集點的信息，這樣就提高了效率，能夠解決大批量測量的問題。

目前我們用的來自美國的一套三坐標(biāo)測量機上層軟件功能非常強大，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動收集并與模型的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對，生成一個報表，最終還能加入數(shù)據(jù)庫中供參考與查閱。這套軟件提供一個與控制器的通訊協(xié)議，我們就利用這個協(xié)議在固高板卡這個控制器平臺上開

發(fā)出了一套下位機的控制軟件，來與上位機軟件配合完成對探頭的驅(qū)動以及點的收集。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

圖1CMM系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖1顯示了一套CMM三坐標(biāo)測量系統(tǒng)包括的幾個部分：上位計算機（裝有CMMManager測量軟件），通過串口與固高嵌入式運動控制平臺相連，固高嵌入式運動控制器能夠同時控制多路電機（步進電機或伺服電機），同時還能通過另外的一個串口與探頭控制器相連，探頭具有兩個旋轉(zhuǎn)自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)空間任意角度的旋轉(zhuǎn)，可以測空間任意位姿的點信號。嵌入式中有我們開發(fā)的下位機控制軟件，能夠拖動我們的探頭運動到期望的位置，同時讓探頭調(diào)整到期望的位姿。圖2顯示了正在測量中的CMM-Manager軟件。

圖2CMM-Manager軟件

3 關(guān)鍵技術(shù)

1）位置反饋：必須要有軸端編碼器反饋，能夠?qū)崟r監(jiān)控機床各軸到達的位置，以便于測量點的收集與上層軟件的模擬仿真，即使在遠程也能清晰觀測到測量的完整過程，固高運動控制板卡，不僅能夠提供模擬電壓輸出的閉環(huán)控制，在板卡上作了位置的閉環(huán)，同時還能夠控制步進電機以及脈沖輸出的伺服電機，在這種情況下需要有軸編碼器通道來收集運動軸的位置信息，對于在測量中的這兩種方式，固高都提供完善的解決方案。

2）支持手動運行與自動運行的完美切換，在測量中手動定坐標(biāo)系與手動采集非常重要，手動運行采用Joystick三維模擬搖桿，能夠同時實現(xiàn)三軸的無級調(diào)速，自動運行中測量路徑有一定的矢量要求，必須能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維的插補運動，可見手動與自動在運動上有

不同的要求，固高運動控制器支持點位功能又支持連續(xù)軌跡功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對這個問題的完美解決。

3）精確定位，回零的精度將直接影響到測量的精度，固高板卡提供Home＋Index的回零方式，能夠?qū)⒒亓憔冗_到微米級。提供的回零流程為：

a)啟動Home捕獲，當(dāng)Home捕獲觸發(fā)時，運動到Home捕獲觸發(fā)時的位置

b)運動停止后，啟動Index捕獲，反向運動一圈半

c)當(dāng)Index捕獲觸發(fā)時，運動到Index捕獲觸發(fā)時的位置

d)運動停止后，將目標(biāo)位置和實際位置清0

4）精確捕獲，測量機的目的就是要收集被測量點用來與給出點進行比較，從而得出產(chǎn)品是否合格的報表，當(dāng)探頭與工件接觸的時候要能夠準(zhǔn)確的將接觸點處的位置記錄下來，固高板卡采用硬件來實現(xiàn)鎖存，提供一路探針輸入信號，當(dāng)探針觸發(fā)時，硬件會將三路編

碼器信號同時鎖存下來，誤差不超過正負一個脈沖，沒有時間滯后的問題，這是非常精確的位置鎖存，特別適合應(yīng)用在要求非常高的測量領(lǐng)域。

4 軟件編制

基于美國的這套上層軟件，配合固高的運動控制器平臺，我們開發(fā)了基于嵌入式Dos平臺的下層控制軟件，上層軟件提供給我們的僅僅是一個接口協(xié)議，通過RS232來進行傳輸數(shù)據(jù)，我們要做的首先就是摸清它的通訊協(xié)議，做好數(shù)據(jù)接受與譯碼的工作，然后就是根據(jù)不同的指令來驅(qū)動探頭去采集所需要的點信息，全部的流程我們在主循環(huán)中來實現(xiàn)，CMM系統(tǒng)中必須的一點就是要有回退功能，當(dāng)探頭碰到工件表面時，立即按照設(shè)定的回退矢量與回退距離回退到一個位置，它的運動指令主要分為PT定位指令與PM測量指令，具體軟件流程如下圖：

圖4主程序流程圖

5 結(jié)論

通過在固高四軸演示箱平臺上的仿真實驗證明，采用固高板卡的三坐標(biāo)測量系統(tǒng)完全滿足測量領(lǐng)域的工藝要求，運行過程平穩(wěn)，到位準(zhǔn)確，可以達到非常高的測量精度。