1 前言

三坐標測量機測量原理就是將被測物體置于三坐標測量空間，可獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，經計算求出被測物體的幾何尺寸和形狀。經過與CAD設計模型的比對，可以檢測加工零件的合格性，在工業實際中有著巨大的應用價值。

基于ＣＭＭ的接觸式測量方法具有測量準確度高的優點，常用的數據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據,然后再移動一個間距,采集下一個輪廓數據,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，必須要開發出能夠自動測量的技術，實現測量路徑的預生成，再讓探頭按照生成的路徑連續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測量機上層軟件功能非常強大，能夠實現數據的自動收集并與模型的標準數據比對，生成一個報表，最終還能加入數據庫中供參考與查閱。這套軟件提供一個與控制器的通訊協議，我們就利用這個協議在固高板卡這個控制器平臺上開

發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動以及點的收集。

2 系統構成

圖1CMM系統構成圖

圖1顯示了一套CMM三坐標測量系統包括的幾個部分：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，探頭具有兩個旋轉自由度，能夠實現空間任意角度的旋轉，可以測空間任意位姿的點信號。嵌入式中有我們開發的下位機控制軟件，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 關鍵技術

1）位置反饋：必須要有軸端編碼器反饋，能夠實時監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控制，在板卡上作了位置的閉環，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，能夠同時實現三軸的無級調速，自動運行中測量路徑有一定的矢量要求，必須能夠實現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軌跡功能，能夠實現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，能夠將回零精度達到微米級。提供的回零流程為：

a)啟動Home捕獲，當Home捕獲觸發時，運動到Home捕獲觸發時的位置

b)運動停止后，啟動Index捕獲，反向運動一圈半

c)當Index捕獲觸發時，運動到Index捕獲觸發時的位置

d)運動停止后，將目標位置和實際位置清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，從而得出產品是否合格的報表，當探頭與工件接觸的時候要能夠準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鎖存，提供一路探針輸入信號，當探針觸發時，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，特別適合應用在要求非常高的測量領域。

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議，通過RS232來進行傳輸數據，我們要做的首先就是摸清它的通訊協議，做好數據接受與譯碼的工作，然后就是根據不同的指令來驅動探頭去采集所需要的點信息，全部的流程我們在主循環中來實現，CMM系統中必須的一點就是要有回退功能，當探頭碰到工件表面時，立即按照設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測量系統完全滿足測量領域的工藝要求，運行過程平穩，到位準確，可以達到非常高的測量精度。