坐标测量机及其特点

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坐标测量机及其特点
坐标测量机（coordinate measuring machine，缩写为cmm）是一种具有很强柔性的尺寸测量设备。
　　cmm在工业界的应用开始于对棱柱类零件的快速、精确测量。但随着cmm各方面技术的发展（如回转工作台、触发
式测头的产生），特别是计算机控制的cmm的出现，目前，cmm已广泛应用于对各类零件的自动检测。与投影仪、轮廓
测量仪、圆度测量仪、激光测量仪等相比较，cmm具有适应性强，功能完善等特点。坐标测量机的出现，不仅提高了检测
设备的水平，而且在自动化检测中也是一个生要的突破。
　　cmm在自动化程度方面有很大的差别。计算机控制的cmm具有全自动执行检测、分析检测数据和输出检测结果的功
能，而一般的cmm仅具有手动控制功能或手动控制加示教功能。目前，随着计算机硬件性能的提高和价格的降低，绝大部
分cmm均配有计算机，利用计算机可对测量所得的数据进行在线分析，以判别被测工件是否合格。同时也可以使用统计技
术来确定工艺能力是否满足，分析误差来源等。
　　除了在质量检测方面使用cmm外，cmm还可应用于对实物的仿物的信制加工中，即所谓逆向工程（revers
engineering）。在这种情况下，由cmm测量实际工件，并将测量所得的数据传送到cad/cam系统中，由cad/cam系统
对这些数据进行加工处理，建立cad模型，并进一步生成加工指令来指导加工。
　　7.1.1cmm结构及测头
　　7.1.1.1cmm结构
　　cmm由安装工件的工作台、立柱、横梁、导轨、三维测头、坐标位移测量装置和计算机数控装置组成。cmm的工作
台一般由花岗岩制成，花岗岩是经过了长时间自然时效处理的岩石，内部应力小，用它做工作台具有吸振、稳定，耐久及
便于保养等特点，从而为安装在其上的其它部件提供了一个紧实稳固的基础。三维测头的头架与横梁之间采用低摩控的空
气轴承连接，采用空气轴承还有一个好处就是可以减小导轨表面机械缺陷对运动精度的影响。在数控程序或手动控制下测
头沿被测表面移动，移动过程中测头将记录测量数据，计算机根据记录的测量结果，按给定的坐标系统计算被测尺寸。
　　按结构可将cmm分为以下几种形式：悬臂式、移动桥式、固定桥式、水平悬臂式。在实际应用中可根据被测工件的技
术规范、尺寸规格以及各种结构的具体特点选择不同的结构形式。桥式和龙门式具有较高的刚度，可有效地减小由于重力
的作用，使移动部件在不同位置时造成的cmm非均匀变形，从而在垂直方向上具有较高的精度。龙门式的设计结构主要是
为了测量体积比较大的物体。由于本身结构的特点，桥式和龙门式的cmm具有较大的惯性，影响了其加减速性能，测量速
度一般较低。当前，在人们追求测量时间尽可能短的情况下，测量速度低成为桥式和龙门式的cmm缺点之一。另外，敞开
空间较小，从而限制了工件的自动装卸；悬臂式的cmm惯性小，因而加减速性能较高，有利于提高测量时的速度。但是，
悬臂式的cmm缺少立柱的支撑，因而对工件在垂直方向上的检测精度有限制。悬臂式的cmm由于有较大的敞开空间，有
利于工件的自动装卸。
　　cmm的操作与cnc机床相似。在计算机控制的制造系统中，cmm的控制程序和坐标数据可以由中央计算机传送，测
量结果亦可反馈给主控计算机。
　　cmm在尺寸上有很大的差别，小的手动控制的cmm其体积可能只有0.05m，而大的cmm可用来测量整个汽车的外轮
廓。cmm的测量范围是由三维测头在空间x，y，z方向所能移动的最大范围确定的。在实际使用当中测量范围受到工作台
大小以及工件不同形状的限制。为了适应不同用户的要求，制造商一般向用户提供一系列不同测量范围、不同配置的cmm
。
　　7.1.1.2 cmm测头
　　测头是cmm非常关键的部件，可以这样说，测头的发展先进程度就标志着cmm的发展先进程度。cmm可以配置不同
类型的测头传感器。接触类的测头主要包括触发式、模拟式两种。非接触式包括激光三角测量、激光成像、机器视觉等。
最初人们使用cmm时，由操作人员移动坐标轴，所用的测头是刚性的，当刚性测头以一定的接触力接触到被测表面时，人
为记录下各坐标轴的坐标值。这种初期的cmm不可能具有自动检测的能力，使用范围受到了极大的限制。但由于它具有了
三坐标的雏形，在使用雏测头钻孔的位置时也相当有效。
　　cmm能被广泛地应用，其主要的一个原因是发明了触发式测头，触发式测头的最大功能是它的触发功能，即当探针接
触被测表面并有一定的微小位移时，测头就发出一电信号，利用此信号可以立即锁定当前坐标轴的位置，从而自动记录坐
标值。触发式测头是由雷尼绍（renishaw）公司发明的，现在该公司生产一系列的触发式测头，可用于cmm或cnc加工
中心。雷尼绍公司生产的cmm测头现已成为行业标准配置，广泛地用于各大生产厂家的cmm上。
　　cmm是用控针端部球的中心坐标值作为点的输入数据。因此，在测量时必须用恰当的方法推断测头端部球与被测零件
的触点位置。在非cad指导的检测系统中，通常在接触点附近作三点测量，从而近似地找出通过该三点的平面法线，这不
仅要耗费很多时间，而且测量精度也比较低。在cad指导的检测系统中可以根据被测工件的cad模型直接计算出被测点法
向，让测头从法向接触被测点，这样就比较容易判断触点的位置。
　　探针的作用是为红宝石球提供一个固定的支撑，当探针接触被测表面时，探针的微小移动可触发开关，从而发出信号
。探针有不同的类型，根据不同的需要可以选择不同类型的探针。为了获得较高的测量精度，建议在实际测量时遵循以下
两条原则：①尽量使用长度短的和刚性好的探针。测量时探针的弯曲越大，偏移越大，测量的重复精度就越低。②尽量选
用直径大的红宝石球探针。选用直径大的红宝石球控针，一方面可以减小加工表面缺陷对测量精度的影响，另一方面可以
增大探针的有效工作长度（ewl）。
　　7.1.2cmm的不确定性及误差
　　使用cmm进行测量时存在一个很复杂的综合误差，这一复杂的综合误差造成了cmm测量结果的不确定性。我们知道
误差有系统性误差和随机性误差，只有系统性误差可以被承测和补偿。引起cmm测量系统性误差的原因有：cmm本身的
几何误差，cmm的结构的受力受热变形、读数光栅测时由于接触力及磨擦力的作用探针将发生偏转，这种偏转是随机的、
无法预料的，故将导致随机测量误差。
　　测量误差可以由cmm控制软件的程序及数值计算所产生，可以用不同制造商的cmm对同一物体进行测量，比较测量
结果即可说明这一问题。比如通过对同一球的周围测量五点来确定它的直径，假设没有软件编写上的错误，仅仅是所采用
程序语言的有效位数及计算方法不同，测量所用程序语言的有效位数及计算方法不同，测量所得结果就会有差别。对于简
单的测量，比如在某一影响很小，一般情况下表现不出来。但是对于一些较复杂的测量，比如对线轮廓度、面轮廓度的测
量，因为这种测量结果不是直接得出的，而是要在对数据进行复杂处理的基础上得出的。所以软件和算法就显得比较
重要，采用不同的算法对测量结果的影响就会体现出来。
　　此外，在cmm系统中，温度中也是考虑的重要因素之一。在测量过程中如果环境温度发生变化，或者由于cmm的运
动，内部产生热量，都将会导致cmm与环境之间，cmm内部各成变形不均匀，从而造成测量误差。测量的标准温度一般
为20℃，大多数制造厂商都是在此温度下标定其cmm的各种性能指标的。在实际使用当中环境温度很有可能超出规定的
范围，这种情况下，测量结果将达不到原标定的精度。为了减小温度变化对测量结果的影响，一方面要对制造cmm的材料
进行选择，比如选择对温度变化不敏感的材料，或者选择一些热惯量小的材料，用这种材料构成的机器结构可以很快地跟
随环境温度的变化，有利于从软件方面进行温度补偿。另一方面也要从结构上进行考虑，比如轻型的悬臂式结构的cmm比
桥式的花岗岩制成的cmm更有利于减小温度的影响。
　　另外，当cmm安装在一些大型加工机械附近时，机器工作时产生的振动也不利于cmm的有效执行。还不，象空气、
电力供给这些因素也有影响，对这些因素也应给予适当考虑。
　　7.2.1 cmm的使用及编程
　　7.1.3.1探针的校准
　　在对工件进行实际检测之前，首先要对测量过程中用到的探针进行校准。因为在许多尺寸的测量当中需要沿不同的方
向进行探测。系统记录的是探针中心的坐标，而不是接触点的坐标。为了获得接触点的坐标，必须对探针半径进行补偿。
因此首先必须对探针进行校准。一般使用校准球来校准探针。校准球是一个已知直径的标准球，校准探针的过程实际上就
是对这个已知直径的标准球进行测量直径的过程，该球的测量值等于校准球的直径加探针的直径，这样也就可以确定探针
直径。将探针直径除以2，得出探针半径，系统用这个值就可以对测量结果进行补偿。校准的具体操作步骤一般如下：将
探头正确地安装在cmm的主轴（一般为z）上；将探针在工件表面移动，看是否均能测得到，检查探针是否清洁。记住，
一旦探针的位置发生改变，就必须重新校准；将校准球装在工作台上，要确保不用移动校准球上打点，测点当选最少为五
个；给定的点当数测完后，就可以得到测量所得的校准球的位置、直径、形状偏差，由此可以得到探针的半径值。
　　测量过程所有要用到的探针都要进行校准，而且一旦探针改变位置，或者取下后下次再用时要重新进行校准，这样一
来在探针的校准方面要用去大量的时间。为解决这一问题，有的cmm上配有测头库和测头自动交换装置。测头库中的测头
经过一次校准后可重复交换使用而无需重新校准。
7.1.3.2工件的找正
　　我们知道cmm有其本身的机器坐标系，而在进行检测规划时，检测点数量及分布的确定以及检测路径的生成及信真等
都是在cad中工件坐标系下进行的。因此在进行实际检测之前首先要确定工件坐标系在cmm机器坐标系中的位置关系。即
首先要在cmm机器坐标系中对工件进行找正。
【hc360慧聪网印刷行业频道】计算机在检测规程编制中的引入，大大提高了检测规程的编写速度和准确性。目前计
算机辅助检测规划（cai）系统已经成为计算机辅助质量系统（caq）的重要组成部分。根据所面向的检测设备的不同，
cai系统可分为：面向cmm的cai系统和面向通用检测量具的cai系统等。本章分别介绍这两种系统功能、组成及其特
点。另外，还介绍了三坐标测量机的结构、特点，计算机系统和测量设备之间进行检测数据双向通信的标准dmis。
　　7.1坐标测量机及其特点
　　坐标测量机（coordinate measuring machine，缩写为cmm）是一种具有很强柔性的尺寸测量设备。
　　cmm在工业界的应用开始于对棱柱类零件的快速、精确测量。但随着cmm各方面技术的发展（如回转工作台、触发
式测头的产生），特别是计算机控制的cmm的出现，目前，cmm已广泛应用于对各类零件的自动检测。与投影仪、轮廓
测量仪、圆度测量仪、激光测量仪等相比较，cmm具有适应性强，功能完善等特点。坐标测量机的出现，不仅提高了检测
设备的水平，而且在自动化检测中也是一个生要的突破。
　　cmm在自动化程度方面有很大的差别。计算机控制的cmm具有全自动执行检测、分析检测数据和输出检测结果的功
能，而一般的cmm仅具有手动控制功能或手动控制加示教功能。目前，随着计算机硬件性能的提高和价格的降低，绝大部
分cmm均配有计算机，利用计算机可对测量所得的数据进行在线分析，以判别被测工件是否合格。同时也可以使用统计技
术来确定工艺能力是否满足，分析误差来源等。
　　除了在质量检测方面使用cmm外，cmm还可应用于对实物的仿物的信制加工中，即所谓逆向工程（revers
engineering）。在这种情况下，由cmm测量实际工件，并将测量所得的数据传送到cad/cam系统中，由cad/cam系统
对这些数据进行加工处理，建立cad模型，并进一步生成加工指令来指导加工。
　　7.1.1cmm结构及测头
　　7.1.1.1cmm结构
　　cmm由安装工件的工作台、立柱、横梁、导轨、三维测头、坐标位移测量装置和计算机数控装置组成。cmm的工作
台一般由花岗岩制成，花岗岩是经过了长时间自然时效处理的岩石，内部应力小，用它做工作台具有吸振、稳定，耐久及
便于保养等特点，从而为安装在其上的其它部件提供了一个紧实稳固的基础。三维测头的头架与横梁之间采用低摩控的空
气轴承连接，采用空气轴承还有一个好处就是可以减小导轨表面机械缺陷对运动精度的影响。在数控程序或手动控制下测
头沿被测表面移动，移动过程中测头将记录测量数据，计算机根据记录的测量结果，按给定的坐标系统计算被测尺寸。
　　按结构可将cmm分为以下几种形式：悬臂式、移动桥式、固定桥式、水平悬臂式，如图7-2所示。在实际应用中可根
据被测工件的技术规范、尺寸规格以及各种结构的具体特点选择不同的结构形式。桥式和龙门式具有较高的刚度，可有效
地减小由于重力的作用，使移动部件在不同位置时造成的cmm非均匀变形，从而在垂直方向上具有较高的精度。龙门式的
设计结构主要是为了测量体积比较大的物体。由于本身结构的特点，桥式和龙门式的cmm具有较大的惯性，影响了其加减
速性能，测量速度一般较低。当前，在人们追求测量时间尽可能短的情况下，测量速度低成为桥式和龙门式的cmm缺点之
一。另外，敞开空间较小，从而限制了工件的自动装卸；悬臂式的cmm惯性小，因而加减速性能较高，有利于提高测量时
的速度。但是，悬臂式的cmm缺少立柱的支撑，因而对工件在垂直方向上的检测精度有限制。悬臂式的cmm由于有较大
的敞开空间，有利于工件的自动装卸。
　　cmm的操作与cnc机床相似。在计算机控制的制造系统中，cmm的控制程序和坐标数据可以由中央计算机传送，测
量结果亦可反馈给主控计算机。
　　cmm在尺寸上有很大的差别，小的手动控制的cmm其体积可能只有0.05m，而大的cmm可用来测量整个汽车的外轮
廓。cmm的测量范围是由三维测头在空间x，y，z方向所能移动的最大范围确定的。在实际使用当中测量范围受到工作台
大小以及工件不同形状的限制。为了适应不同用户的要求，制造商一般向用户提供一系列不同测量范围、不同配置的cmm
。
　　7.1.1.2 cmm测头
　　测头是cmm非常关键的部件，可以这样说，测头的发展先进程度就标志着cmm的发展先进程度。cmm可以配置不同
类型的测头传感器。接触类的测头主要包括触发式、模拟式两种。非接触式包括激光三角测量、激光成像、机器视觉等。
最初人们使用cmm时，由操作人员移动坐标轴，所用的测头是刚性的，当刚性测头以一定的接触力接触到被测表面时，人
为记录下各坐标轴的坐标值。这种初期的cmm不可能具有自动检测的能力，使用范围受到了极大的限制。但由于它具有了
三坐标的雏形，在使用雏测头钻孔的位置时也相当有效。
　　cmm能被广泛地应用，其主要的一个原因是发明了触发式测头，触发式测头的最大功能是它的触发功能，即当探针接
触被测表面并有一定的微小位移时，测头就发出一电信号，利用此信号可以立即锁定当前坐标轴的位置，从而自动记录坐
标值。触发式测头是由雷尼绍（renishaw）公司发明的，现在该公司生产一系列的触发式测头，可用于cmm或cnc加工
中心。雷尼绍公司生产的cmm测头现已成为行业标准配置，广泛地用于各大生产厂家的cmm上。
　　cmm是用控针端部球的中心坐标值作为点的输入数据。因此，在测量时必须用恰当的方法推断测头端部球与被测零件
的触点位置。在非cad指导的检测系统中，通常在接触点附近作三点测量，从而近似地找出通过该三点的平面法线，这不
仅要耗费很多时间，而且测量精度也比较低。在cad指导的检测系统中可以根据被测工件的cad模型直接计算出被测点法
向，让测头从法向接触被测点，这样就比较容易判断触点的位置。如图7-5所，(x,y,z)为接触点坐标，（x’,y’,z’）为测头端
部球心坐标，θ，a分别为被测点法向与z轴夹角及法向在xy平面内投影与y轴夹角，则接触点的坐标可表示为：
　　x = x’-r · sinθ· sinα
　　y = x’-r · sinθ· sinα
　　z = x’-r · sinθ· sinα
　　探针的作用是为红宝石球提供一个固定的支撑，当探针接触被测表面时，探针的微小移动可触发开关，从而发出信号
。探针有不同的类型，根据不同的需要可以选择不同类型的探针。为了获得较高的测量精度，建议在实际测量时遵循以下
两条原则：①尽量使用长度短的和刚性好的探针。测量时探针的弯曲越大，偏移越大，测量的重复精度就越低。②尽量选
用直径大的红宝石球探针。选用直径大的红宝石球控针，一方面可以减小加工表面缺陷对测量精度的影响，另一方面可以
增大探针的有效工作长度（ewl）。
　　7.1.2cmm的不确定性及误差
　　使用cmm进行测量时存在一个很复杂的综合误差，这一复杂的综合误差造成了cmm测量结果的不确定性。我们知道
误差有系统性误差和随机性误差，只有系统性误差可以被承测和补偿。引起cmm测量系统性误差的原因有：cmm本身的
几何误差，cmm的结构的受力受热变形、读数光栅测时由于接触力及磨擦力的作用探针将发生偏转，这种偏转是随机的、
无法预料的，故将导致随机测量误差。
　　测量误差可以由cmm控制软件的程序及数值计算所产生，可以用不同制造商的cmm对同一物体进行测量，比较测量
结果即可说明这一问题。比如通过对同一球的周围测量五点来确定它的直径，假设没有软件编写上的错误，仅仅是所采用
程序语言的有效位数及计算方法不同，测量所用程序语言的有效位数及计算方法不同，测量所得结果就会有差别。对于简
单的测量，比如在某一影响很小，一般情况下表现不出来。但是对于一些较复杂的测量，比如对线轮廓度、面轮廓度的测
量，因为这种测量结果不是直接得出的，而是要在对数据进行复杂处理的基础上得出的。所以软件和算法就显得比较
重要，采用不同的算法对测量结果的影响就会体现出来。
　　此外，在cmm系统中，温度中也是考虑的重要因素之一。在测量过程中如果环境温度发生变化，或者由于cmm的运
动，内部产生热量，都将会导致cmm与环境之间，cmm内部各成变形不均匀，从而造成测量误差。测量的标准温度一般
为20℃，大多数制造厂商都是在此温度下标定其cmm的各种性能指标的。在实际使用当中环境温度很有可能超出规定的
范围，这种情况下，测量结果将达不到原标定的精度。为了减小温度变化对测量结果的影响，一方面要对制造cmm的材料
进行选择，比如选择对温度变化不敏感的材料，或者选择一些热惯量小的材料，用这种材料构成的机器结构可以很快地跟
随环境温度的变化，有利于从软件方面进行温度补偿。另一方面也要从结构上进行考虑，比如轻型的悬臂式结构的cmm比
桥式的花岗岩制成的cmm更有利于减小温度的影响。
　　另外，当cmm安装在一些大型加工机械附近时，机器工作时产生的振动也不利于cmm的有效执行。还不，象空气、
电力供给这些因素也有影响，对这些因素也应给予适当考虑。
　　7.2.1 cmm的使用及编程
　　7.1.3.1探针的校准
　　在对工件进行实际检测之前，首先要对测量过程中用到的探针进行校准。因为在许多尺寸的测量当中需要沿不同的方
向进行探测，系统记录的是探针中心的坐标，而不是接触点的坐标。为了获得接触点的坐标，必须对探针半径进行补偿。
因此首先必须对探针进行校准。一般使用校准球来校准探针。校准球是一个已知直径的标准球，校准探针的过程实际上就
是对这个已知直径的标准球进行测量直径的过程，该球的测量值等于校准球的直径加探针的直径，这样也就可以确定探针
直径。将探针直径除以2，得出探针半径，系统用这个值就可以对测量结果进行补偿。校准的具体操作步骤一般如下：将
探头正确地安装在cmm的主轴（一般为z）上；将探针在工件表面移动，看是否均能测得到，检查探针是否清洁。记住，
一旦探针的位置发生改变，就必须重新校准；将校准球装在工作台上，要确保不用移动校准球上打点，测点当选最少为五
个；给定的点当数测完后，就可以得到测量所得的校准球的位置、直径、形状偏差，由此可以得到探针的半径值。
　　测量过程所有要用到的探针都要进行校准，而且一旦探针改变位置，或者取下后下次再用时要重新进行校准，这样一
来在探针的校准方面要用去大量的时间。为解决这一问题，有的cmm上配有测头库和测头自动交换装置。测头库中的测头
经过一次校准后可重复交换使用而无需重新校准。
　　7.1.3.2工件的找正
　　我们知道cmm有其本身的机器坐标系，而在进行检测规划时，检测点数量及分布的确定以及检测路径的生成及信真等
都是在cad中工件坐标系下进行的。因此在进行实际检测之前首先要确定工件坐标系在cmm机器坐标系中的位置关系。即
首先要在cmm机器坐标系中对工件进行找正。
　　工件在工作台上的搁置方式一般有两种。一种是通过专用夹具或自动装卸装置，将工件放在工作台上的某一固定位置
。这样，通过一次工件找正，在以后测量同批工件时，由于工件的位置基本上是确定的，故无需再对工件进行找正，直接
就可进行测量；另一种是通过肉眼的观察直接将工件放在工伯台的某一合适位置，这种情况下每测一工件都必须首先对其
在工作台上进行找正。
　　7.1.3.3 cmm的编程
　　cmm的工作方式最初只有手动控制的方式，后来发展到手动控制和示教工作方式，现在cmm一般具有手动控制、示
教和自动测量三种工作方式。在手动控制方式下，不需要编程，对工件各项目的测量步骤由具体的操作人员根据零件图纸
来确定，也可以由专门的人员对需要检测的每个工件制定相应的检测规程，以此来指导操作人员的操作步骤。
　　在示教工作方式下，cmm执行的所有动作必须先由操作人员执行一遍，cmm将这些动作以程序的形式记录到文件中
，以后执行该程序可自动完成测量。这种情况下执行程序是由专门的软件自动完成的。示教的工作方式特别适合于对具有
一定批量的同类工件测量。
　　cmm发展到现在已经具有了离线编程的功能，人们可以直接利用cad系统中工件的模型来生成检测点，并进一步生成
检测路径，然后传送到cmm，由cmm来自动完成检测任务。即目前较为流行的“基于cad的cmm检测规程生成”，这也是
将cmm集成到cims中所要解决的关键技术。其过程类似于加工过程的工艺规程的生成，要求计算机能从工件的cad模型
中识别组成工件的几何特征（如槽、孔、凸台等等）。不幸的是，当前许多cad系统中零件的模型还不能完全以特征的形
式来表示，而只能以低一级的元素如实体、向量、边、面等形式表示。但是，人们还是研究了许多从零件的二维或三维信
息中提取特征信息的方法，且这方面的技术正在快速发展之中。为了在cad/cam系统和检测设备之间进行有效地数据传
递，一种标准规范目前已经形成。即尺寸测量接口规范（dimensional measuring interface secification,缩写为dmis）。
现在许多软件开发商已开始在他们的软件系统中支持dmis标准。
　　7.1.4 cmm与caq的集成
　　cmm与caq的集成主要表现在：一方面，cmm执行所需的标准数据、程序可以通过网络从质量数据库中得到；另一
方面，cmm执行的检测结果可以通过网络直接地存储到质量数据库中，也可以供质量评价与诊断子系统对制造过程及零件
质量进行诊断。
　　到目前为止，绝大多数cmm制造商并没有在他们的cmm控制软件中直接支持符合某种工业标准的计算机网络技术。
而是通过其它方式，如采用特殊的硬件、软件来完成cmm与其它系统之间的数据传递。这种情况下，在起动cmm控制程
序前，首先要起动数据传输软件，从别的系统中传输数据，接受到的数据以磁盘文件的形式存储在本地计算机上。然后退
出传输软件，起动cmm控制程序执行检测，检测结果同样以磁盘文件的形式先存储在本地计算机上，检测执行完以后，退
出cmm控制程序，起动数据传输软件，将检测结果传输到其它系统中。这样做既不方便，同时又浪费检测时间。
　　比较理想的解决方法是，由cmm制造商在他们的cmm控制软件中直接支持符合某种工业标准的计算机网络技术。从
而可以cmm执行检测的同时和其它系统间传递数据。可以选择具有多任务功能的操作系统作为cmm控制计算机的操作系
统，比如unix系统。随着cims技术的不断发展，可以想象，没有提供这种功能的cmm制造商将会在竞争中失败。
7.2尺寸测量接口规范（dmis）
　　在现代工厂中，为各类尺寸测量设备（dimensional measuring fquiment，缩写为dme）编制检测程序是一项比较
繁重的工作。许多dme的运行程序需要在dme本身提供的环境中在线生成。这样一来，对同样的被测零件，在某种cme
上生成的检测程序无法在其它dme上运行。如果要在其它检测设备上检测该零件，检测程序需要另外生成。为了提高dme
的使用效率，有的dme制造商通过为每一台dme配置专用处理器的方法，为他们的dme本身具有的控制语言，控制本身
的运动。在这样的环境中，对应于每一组互相联接的cad系统和dme系统，都要有一专用处理器作中间转换器。如图7-13
所示。可以看出，用这种方法要将数套互不相同的cad系统和数台互不相同的dme互联起来，需要很多的专用处理器做中
间转换器。这对整个系统的维护、扩展等将带来许多不便。为了解决这一问题，必须有一种大家共同遵守的规范，尺寸测
量接口规范（dimensional measuring interface secification，缩写为dmis）就是基于这种情况产生的。
　　dmis是由国际计算机辅助制造公司（cam-i）质量保证计划资助开发的，为了开发自动化系统之间检测数据的通信标
准，从1985年2月开始，作为尺寸测量接口规范课题，它是由dme供应厂商与用户联合共同开发的成果。
　　7.2.1dmis环境
　　dmis的目标是作为一套计算机系统和测量设备之间检测数据双向通信的标准。它提供一种数据格式，形成各类分系统
之间进行数据交换的中性文件。它的内容也具有检测规程和分析检测结果的作用。由一套术语词汇表建立起一个用于检测
规程和检测结果数据在中性格使用计算机的情况下也可以编写检测程序和分析检测结果。
　　dmis提供一套词汇表用来将检测规程提供给尺寸测量设备以及将测量设备的检测结果传递给接受系统。一台通过
dmis与其它设备相联通的设备必须有一个前置处理器，它将自己内部的数据格式转化为dmis格式，同时还需要一个后置
处理器，将dmis格式转换为自己的数据结构。
　　采用dmis格式作为数据交换标准的简化环境。每个cad系统和dme都有一对前、后置处理器，负责将检测规程或检
测结果转换为dmis格式以及将dmis数据格式转换成系统内部的数据格式。这样一来，可以在三个互不相同的cad系统中
的任一个系统上来编写检测规程。检测规程可以在三个不同的dme上运行。dme可将数据送回到任一cad系统作分析，也
可将数据送到质量信息系统（qis）进行统计过程控制及建立数据档案。
　　dmis的实施处理可以由用户决定。用户可以将cad系统与dme直接相联，也可以使用主计算机。有的用户可能以串
联方式相连，有的可能是平行的等等。dmis只是定义一套由ascii文件传递的词汇表，这些文件的传输、储存与管理都由
用户决定。
　　7.2.2 dmis总体结构
　　dmis有两类基本形式的语句：面向过程的命语句和面向几何学的定义语句。过程命令语句由运动语句和机器参数语句
以及检测过程本身所特有的其它语句组成。定义语句是用来描述几何、公差、坐标系统以及可能包括在cad系统数据库中
的其它形式的数据。到目前为止，零件描述模型并不包含dmis接口所需的全部数据，因而，补充数据必须由手工加入。
　　整个dmis程序由定义、命令以及程序子单元组成。命令语句命令dme或接受系统实现它们的功能。定义语句描述各
种事物。
　　7.2.3 dmis支持的特征和公差
　　7.2.3.1特征
　　特征是零件上的或空间存在（不在零件上）的几何元素。特征有两类：基本特征和实际特征。基本特征是由cad模型
零件图上来的，用“f”来标记，例如：f（circle-1）=feat/circle，inner，cart10，10，5，0，0，1，40实际特
征是由dem测量或构造出来的。用“fa”来标记。例如：fa（circle-1）=feat/circle，inner，
cart9.998,9.997,5,0,-,1,39.989。
　　从这个语句可看出，实际的圆心在x轴上的偏差为0.002，y轴上为0.003。实际直径的偏差0.011。
　　dmis支持的特征有：弧、圆、圆锥、圆柱、随圆、复杂曲线、复杂面、线、arln（由平行平面构成的特征，如槽
、块）、模型（使用已定义过的特征）、平面、点、左形锥、班干部。
　　7.2.3.2公差
　　dmis支持ansi y 14.5m-1982尺寸与公差标准。支持的公差有：角度、直径、半径、宽度、圆度、圆柱度、平面度、
直线度、线轮廓度、面轮廓度、全跳动、倾斜度、平行度、垂直度、同轴度、位置度。
　　公差有基本公差和实际偏差。基本公差是cad模型或零件图上标注的，以“t”标记。实际偏差是测量出来的，以“ta”
标记。下面是一个特征与公差联系的例子。
　　7.3面向cmm的计算机辅助检测规划生成系统
　　质量是一个企业保持长久发展能力的重要因素之一，如何提高和保证产品质量，是企业活动中的重要内容。为了提高
和保证产品质量，对产品零件实施检测是必不可少的，合理地制定零件的检测规程是正确实施零件检测的前提。而目前在
我国的制造企业中，仍普遍依靠落后的手工方式编写零件的检测规程，编写的零件检测规程不规范，其准确性、一致性，
严重影响了对零件检验活动的实施。
　　计算机在检测规程编制中的引入，大大提高了检测规程的编写速度和准确性。目前计算机辅助检测规划（cai）系统
已经成为计算机辅助质量信息系统（caqis）的重要组成部分，它的核心问题是解决如何检测零件，因而它是实施各种质
量保证技术的开端和起点。根据所面向的检测设备的不同，cai系统可分为：面向cmm的cai系统和面向通用检测量具
的cai系统等。在本节和下节中将对面向cmm的cai系统和面向通用检测量具的cai系统分别作介绍。
　　7.3.1面向cmm的cai功能模型
　　7.3.2面向cmm的cai系统简介
　　cai系统一般包括定义/获取检测任务、确定工件在工作台上的装夹、检测点数量及分布的确定、检测路径的生成及
信真、执行检测、分析检测结果打印报表等六个功能模块组成。下面对各个模块的功能分别进行介绍。
　　7.3.2.1定义/获取检测任务
　　从设计信息中提取与检测有关的数据是检测规划制定的开始，也是检测规划制定的关键。检测信息的提取与cad系统
采用的建模技术密切相关，在使用传统几何建模技术cad系统中，一般采用人机交互的方式给指定的几何特征赋予检测、
技术要求等信息。这些信息以性文件形式存放，配合建模的几何信息支撑后续的加工信息、检测信息的提取。可将公差信
息以如下的方式赋予面f1：
　　face/f1：tolerances/orientation，erendicularity，0.002；datum，f2

　　产品建模以几何建模为基础，面向设计、生产过程以及各应用环节的，从产品设计一开始就考虑到了产品周期各阶段
需要的信息。因此，包含的信息层次高，信息量大，与几何建模相比，产品建模不仅要描述几何建模中必须要描述的几何
、拓扑信息、而且还必须描述几何建模时所不包含的高层次几何、拓扑信息（指形面特征的结构）和表达产品设计、工艺
、检测、装配工艺技术要求的信息。
　　定义/获取检测任务模块的功能是以上述各种建模环境为基础，从设计信息提取和检测有关的数据，包括特征的几何系
、尺寸和公差、特征的定置和定位。并从技术和经济的角度出发，找出不能或不适合用cmm测量的那些特征，这些特征将
用其它的方法生成检测计划。这样，检测范围就被确定了。由于cmm是将特征作为几何元素来检查，而不是识别特征的实
际形状，所有确定的特征都必须分解为几何元素，从而使检测任务得到进一步细化。
　　7.3.2.2确定工作在工作台上的装夹
　　当工件放在工作台上后，它的定位也就确定了。由于测头具有一定的体积，且它在空间的位置不是任意的，故在某种
定位方式下，可能只有一部分特征能被测量，而其它一些特征可以通过改变测头和/或工件的定位方式来测量。为了减少改
变测头和/或工件定位方式的频率，提高检验效率，对所有特征的可测性都要进行检查，然后以测头的定位和工作的装夹为
基础，按照可测性将工件的特征进行分组。
　　对基准特征的检验必须在以其为基准的其它特征检验之前进行。因此，工件初次装夹后，有关的基准特征应该进行分
组。
　　7.3.2.3检测点数量及分布的确定
　　一般情况下，检测点的数量根据被测项的几何特征、公差类型确定。
　　对于非规则被测表面——自由曲面，检测点数量及分布的确定比较复杂，下面另外介绍。cmm是一种通过采样来进行
测量的设备，对于采到的点可以肯定地判断其是否在公差允许的范围内，但对于未采到的点却不能。这样一来，虽然采到
的点全部在公差允许的范围之内，但并不能保证未采到的点也在公并差允许的范围之内。对于自由曲面，采样点数量及分
布的不同往往不有同测量结果。而要对整个曲面进行扫描并且测量曲面上的所有点是不可能的。因此，必须建立一个适当
的检测点样，包括样本大小及样本点分布，对样本的要求地：首先要满足质量保证的要求，同时样本要尽可能小，以节省
检测时间。
　　工件的形成要经过设计、制造等过程。在设计时，根据工件所承担的功能规定其公差范围，在加工过程中由于各方面
加工因素的影响，加工结果将编离设计时给定的理想尺寸，偏离训分将构成加工误差。因此样本大小将与设计、加工两过
程均有关系。一般影响样本大小的因素有两个，一是设计时给定的公差范围，二是加工因素，包括机床的加工能力、加工
参数等。对于自由曲面，检测点分布形式有两种，一种是仍然采用均匀分布的方法；另一种按曲率及预报的加工误差来对
检测点进行分布，对曲面上变化剧烈区域（即曲率大的区域），难加工区域（即加工误差比较大的区域），在进行检测时