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。
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：
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。
