2. 计量数据采集基础
在SPC（统计过程控制）体系中，数据采集是整条质量链的起点。Hexagon作为计量设备的主流供应商，其产品线覆盖三坐标测量机（CMM）、激光跟踪仪、关节臂以及便携式扫描设备。不同设备的输出格式、采样频率和接口方式差异显著，直接决定了后续SPC分析的数据粒度与实时性。本节从数据流的角度，梳理这三类设备的输出特征与采集要点。
一、三坐标测量机的数据输出
三坐标测量机是SPC数据的主要来源，其输出以点坐标和特征值为核心。以Hexagon Global S系列为例，单次触测输出一个三维坐标点（X, Y, Z），并附带测头半径补偿后的法向量。对于圆、圆柱、平面等特征，PC-DMIS软件会基于多个测点拟合出特征参数，如圆心坐标、直径、圆度、圆柱度等。
数据输出格式主要有三类：
- 文本/CSV格式：每行一条记录，字段包括特征名、理论值、实测值、偏差、上下公差。适合导入Excel或Minitab做SPC控制图。
- DMIS格式：中性测量接口规范，记录测点序列和特征定义，便于跨平台交换。
- Q-DAS/DFQ格式：面向SPC的标准化格式，直接包含过程能力指数所需的统计字段。
采样频率方面，CMM属于离散点采集，单点触测周期通常在0.5～2秒之间，取决于测头类型和移动路径。扫描测头（如HP-S-X1）可实现连续扫描，采样率可达每秒数百至数千点，但SPC通常只取特征拟合后的结果值，而非原始点云。
二、激光跟踪仪的数据输出
激光跟踪仪（如Hexagon Leica AT960）用于大尺寸空间测量，输出以空间坐标和距离/角度为主。其核心测量值为：目标球心的三维坐标（X, Y, Z）、水平角（Hz）、垂直角（V）、斜距（D）。采样频率显著高于CMM，AT960在跟踪模式下可达1000点/秒，在静态测量模式下单点采集约0.1～0.5秒。
数据导出通常通过SpatialAnalyzer或PolyWorks软件完成，输出格式包括：
- XYZ文本：每行一个点坐标，适合大尺寸装配偏差分析。
- CSV+时间戳：用于动态跟踪时的时序分析，可观察测量过程中的漂移。
- 原生格式（如.sa）：保留测量配置和坐标系信息，便于复现。
三、关节臂的数据输出
关节臂（如Hexagon Absolute Arm）通过多个旋转关节的角度编码器计算测头空间位置，输出为关节角度序列和末端坐标。其采样频率介于CMM和激光跟踪仪之间，单点触发采集约0.2～1秒，连续扫描模式下可达每秒数千点。
关节臂的数据输出特点：
- 输出包含各关节角度值，可用于姿态分析。
- 坐标数据通常以RS232、USB或Wi-Fi传输至PC。
- 导出格式以CSV和TXT为主，部分型号支持直接输出Q-DAS格式。
四、常见接口与数据导出方式
Hexagon设备的接口可分为物理接口和软件接口两类。物理接口包括：RS232串口（老式设备）、USB 2.0/3.0、以太网（TCP/IP）、Wi-Fi。软件接口则通过PC-DMIS、SpatialAnalyzer、PolyWorks等软件提供的API或导出功能实现。
实际采集时，常见的数据导出路径有三种：
- 手动导出：在测量软件中完成测量后，通过“文件→导出”生成CSV或TXT，适合离线SPC分析。
- 自动导出：通过PC-DMIS的宏或脚本，在测量程序结束时自动写入指定目录，适合批量检测。
- 实时采集：通过OPC UA或TCP/IP接口，将测量结果实时推送至SPC系统或数据库，适合在线监控。
五、数据采集的SPC适配要点
将Hexagon设备的数据用于SPC时，需关注以下参数：
| 设备类型 | 典型采样频率 | 推荐SPC数据粒度 | 常用导出格式 |
|---|---|---|---|
| 三坐标CMM | 0.5～2秒/点 | 特征拟合值（直径、圆度等） | CSV、Q-DAS |
| 激光跟踪仪 | 1000点/秒（跟踪） | 特征点坐标或拟合值 | XYZ、CSV |
| 关节臂 | 0.2～1秒/点 | 特征拟合值或扫描截面 | CSV、TXT |
对于SPC控制图，建议每个子组采集3～5个零件，每个零件测量1～3个关键特征。采样频率应与生产节拍匹配：若每班生产200件，建议每20件抽检1件，即采样频率为5%。数据导出后，应检查缺失值、异常值和单位一致性，再进行统计计算。
综合来看，Hexagon三类设备在SPC数据采集中的定位不同：CMM适合高精度离线抽检，激光跟踪仪适合大尺寸在线监控，关节臂适合柔性现场检测。理解各自的数据输出格式、采样频率和接口方式，是构建可靠SPC数据流的前提。实际部署时，建议先明确测量特征、采样频率和导出格式，再选择对应的接口和软件路径，避免后期数据清洗的额外成本。