Direct-Training | 三坐标仿真测量实训系统

      两位同学合作学习，一人操作虚拟测量机，一人操作测量软件。系统支持点、线、面、圆、弧、圆柱、圆锥、球、鍵槽、曲线、曲面的测量与公差评价等常见商品化三坐标测量软件基本功能，可以满足CMM实验实训的需求。具体学习项目有：

（1）学习三坐标测量机操作

      用操作手柄可以学习三坐标的联机、标定操作、测量操作、机器运动控制操作，以及学习如何将被测零件放置到工作台上，并进行预期定位等技能操作。

（2）学习配置测量传感器

      根据仿真三坐标的测头配置，学习如何在三坐标测量软件Direct DMIS中配置测头、定义测头、标定测头、查看测头信息以及如何管理测头。

（3）学习手动测量“真实”零件

      将有“制造偏差”的零件放置到工作台面后，可以用手柄移动仿真测量机测量零件上的点、边、面、圆、弧、圆柱、圆锥、球、键槽、曲线、曲面以及组合面的几何尺寸与形位公差，以及可以学习如何建立零件坐标系、定义输出格式和输出报告形式，完整掌握手动测量的相关操作技能。

（4）学习自动测量“真实”零件

      根据手动测量训练中完成的“零件与模型”对准工程及信息，采用手动、程序、自动三种模式进行自动测量，可以实现对点、边、圆、弧、圆柱、球、曲线、曲面（支持理论曲线、曲面由CAD模型创立的情况）等元素的自动测量，学习如何对自动测量结果进行公差评价，掌握如何对“批量零件”进行一一快速检测。

（5）学习公差评价

      学习对已测量的元素进行公差评价，其中包括尺寸公差、距离公差、角度公差、平行度公差、垂直度公差、倾斜度公差、形状公差、坐标公差、跳动公差、全跳动公差、位置度公差等，支持独立原则、包容原则、最大实体原则以及最小实体原则等公差原则。

（6）学习输出测量报告

      学习如何查看某个被测元素的尺寸数据，定义图形标签格式，定义文本输出格式，掌握报告的查看、输出（pdf格式、Excel格式）、以及打印等功能。

（7）学习DMIS标准

      学习如何在“机器学习”状况开启的情况下，进行脱机测量或在线联机测量，掌握如何查看系统录制的DMIS程序以及相关信息；能够用执行DMIS、单步运行DMIS、块内循环执行DMIS、运行至当前命令、急停等常用操作，通过重复播放功能来实现联机自动测量。

（8）学习I++标准

      解决测量软件与运动控制器间兼容性问题的技术是I++规范，通过使用系统，可以了I++命令的格式，以及软件与运动控制器、运动控制器与测量机之间的通信和应答方式，同时学习坐标数据和事件响应的处理与分发等方面的知识。

2）“实训系统”可以几何测量软件开发提供测试平台

      从事精密几何软件开发的高校、研究所，可以通过仿真三坐标测量机与仿真运动控制器，实现一个较为完整的“硬件测量系统”，对正在开发的几何测量软件进行功能和性能测试。

4 系统性能与特色

1） 部署方便、经济可行

方法一：软件安装在一台计算机上，两个显示器（一台显示仿真三坐标机器，另一台显示测量软件）。显示器可以采用普通电脑显示器，也可以配置大规格的液晶电视机，提高仿真测量机的显示效果。

方法二：仿真三坐标机器程序安装在一台计算机上，测量软件安装在另一台计算机上，两台计算机在局域网内联网。

2）逼真的测量过程仿真

实训系统开发了一套“高仿运动控制器”，实现了基于I++的仿真运动控制器功能。测量传感器接触到“真实”零件后，会自动回退；如果测量软件与仿真测量机联机情况下，系统将测量点坐标按照I++标准格式发送至测量软件；测量过程完全模仿真实测量过程。测量软件离线编制的DMIS程序，可以在“联机”情况下，对有“制造误差”的零件进行自动测量。

3）系统可测量有“制造误差”的真实零件

教师可根据需要，在CAD软件中修改“零件”实际尺寸，产生“制造”误差，然后发布作业。

三、三坐标测量软件Direct-DMIS

基本功能

      通用三坐标测量软件DirectDMIS采用了先进的计算机软件设计技术，可以很好地兼容Windows各个版本，支持基于COM组件技术的“即插即用”式模块集成、功能升级以及程序维护；系统底层支持多种三维几何引擎和显示组件，可以为用户定制各类基于坐标测量的软件系统和功能模块。软件支持手动和自动两类测量机，其中，自动测量机的运动控制器需要支持I++规范。软件主要功能如下。

·几何测量：支持常见的点、线、面、圆、圆柱、键槽、球的多种几何元素测量；

·几何构造：可以构造多种形式的空间点、线、面元素及其组合；

·误差补偿：提供测头补偿、温度补偿措施等；

·坐标系管理：支持3-2-1、两点偏移、三点偏移、六点拟合、最佳拟合等构造方法；

·CAD模型管理：支持IGES, STEP, VDA, STL等通用格式，并支持UG, PRO/E, ACIS, PARASOLID, OPEN CASCADE等其他格式的CAD模型。

·DMIS程序：支持基于图符的DMIS程序录制、播放、编辑、解析、保存等功能；

·机器管理：可载入常用三维模型为CMM模型，支持HSF、SETP等多种三维CAD格式，可以为用户定制机器模型；

·通讯协议：支持基于I++的通用协议、以及基于DDE/WinSock等形式的用户自定义协议。

·测头管理：支持Renishaw测头、以及用户自定义的测头模型；

·视图管理：支持CMM测量模型的各种形式的浏览与查看，如线框、透明、实体等；

·测量报告：支持图形与文字的测量报告及其输出为EXCEL文件、打印等功能；

·其他功能：支持离线编程、碰撞干涉检查等功能。

扩展功能

·支持多测量系统测量的联合测量；

·支持SPC统计分析；

·支持用户个性化测量功能定制开发。

四、三坐标仿真设备Direct-VCMM

1 软件界面

   仿真三坐标测量机VCMM的用户界面没有按照传统的Windows风格设计，主要是考虑这是一个仿真测量机，因此没有设计用户菜单等功能，仅仿照功能按钮的形式在界面上进行了布置。

2 软件功能

   CMM设备主要由：CMM机械部件（台面、鞍架、立柱、伺服等）、运动控制器（用以自动测量设备）、测量传感器、测量软件等组成。其中，测量传感器通过安装在机械部件上，随机械部件移动而随动。 机械部件移动的坐标数据，通过预定义的通讯协议，发送给测量软件，使得软件能够感知机械部件（传感器）的运动。当测量传感器接触到零件表面并触发信号时，测量机硬件将锁存当前传感器坐标数据，将其标识为测量点，并及时发送给测量软件，测量软件以此来拟合目标元素，并将拟合结果作为实际值。测量软件通过将元素的实际值与理论值进行比较分析，并提供分析结果，以判断几何元素是否达到设计的预期要求。

【功能按钮】

【序号（1）】 ：三坐标测量机上安装的测量传感器球心的靶点位置视图。它有两个窗口，一个显示靶点在XOY平面上的位置，另一个显示靶点在YOZ平面上的位置。通过这个两个窗口，可以容易地判断出传感器与被测零件的空间相对位置关系。

【序号（2）】 ：机器位置坐标与传感器角度、移动速度视图。窗口显示了机器当前的X, Y, Z坐标值，以及传感器的A角、B角；S代表相对速度，其值从1-100，当机器“通电”后，速度数值将激活可用。

【序号（3）】 ：虚拟机器。虚拟机器可以根据需求设计，然后装载到系统中即可。机器的台面底座、龙门部件、鞍架部件、Z轴部件可以分别显示、隐藏、或者透明显示。

【序号（4）】 ：触测信号灯。当传感器移动时，系统自动实时计算传感器是否与被测零件接触。当传感器接触到测量零件表面时，触测信号灯将闪烁一次，同时，系统音响会发出“嘟”的一声，表示仿真运动控制器已经扑捉到触测坐标点数据。

【序号（5）】 ：联机信号灯。当仿真三坐标测量机通电后，接收到通用三坐标测量软件发过来的命令和消息时，联机信号灯将用旋转动画方式提示，软件到硬件的方向通信正常。注意：此时，并不表示硬件至软件的通信也正常。至于是否联机正常，还要通过查看软件端是否能正确接收到硬件发过来的信息和命令来判断。

【序号（6）】 ：电源按钮。电源按钮是决定是否启动机器的一个按钮，如果不通电，仿真机器将不能通过键盘或MUC手柄移动。

【序号（7）】 ：机器自检。这个功能为了测试机器是否能够正确运动的一个功能，点击机器自检按钮后，机器将按照预先定义好的轨迹运动；再次点击该按钮后，机器将停止自检运动。在离线情况下，机器自检与测量软件无关；但是在联机情况下，机器自检时，仿真测量机会驱动测量软件的相应模型进行运动，否则就可能是联机中断。当联机不正常时，可以关闭程序，重启后即可消除。

【序号（8）】 ：机器信息对话框。机器信息对话框由几个TAB页组成，其中，主要有三坐标测量机规格介绍，运动控制器介绍，已安装的默认测量传感器配置和参数规格介绍，以及对三坐标测量部件显示隐藏的功能控件。

【序号（9）】：运动速度。运动速度是一个相对数值，其值的变化范围是1-100，1为最小，100为最大。

【序号（10）】：标定球。对话框显示标定球的摆放位置，以及设置显示或隐藏标定球。如果需要标定，则注意要将显示标定球勾选上，否则，窗口将不显示标定球。

【序号（11）】：放置被测零件对话框。选择目标被测零件，并加装放置到工作台面。被测零件的模型格式支持IGES, STEP, SAT等常用三维模型格式。

【序号（12）】：移动被测零件对话框。通过移动或旋转被测零件，模仿实际测量时工件的摆放，可以有效考察学员是否利用软件的PCS功能，将理论CAD模型与仿真测量机VCMM的被测零件进行坐标对齐。

【序号（13）】：视图管理对话框。视图管理对话框主要有两个功能，一是设置测球中心靶点位置视图和机器位置视图，另一个功能是设置窗口的背景渐变颜色、或者是设置背景图片。

【快捷键】：设备移动控制

1. 方向键（四个）：左右方向键控制鞍架沿Y轴方向移动（绿色坐标轴）；上下方向键控制龙门沿X轴方向移动（垂直屏幕方向）。
2. SHIFT+方向键：“shift+上下方向键”控制Z轴方向移动（平行于屏幕）。
3. Alt+方向键：“Alt+上下方向键”控制测头A角旋转；“Alt+左右方向键”控制测头B角旋转。

【移动与测量】：发送数据至DirectDMIS

1. 移动：发送测球中心至DirectDMIS。当正常联机后，测量软件将显示机器的相关运动。
2. 测量：触发传感器信号后。当正常联机后，将测球中心坐标记为测量点发送至DirectDMIS。触测发生时，机器自动回退3mm，模拟真实测量。

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