📚 课程目录第3章测量数据自动化采集基础

3. 测量数据自动化采集基础

在 Renishaw 的坐标测量机（CMM）控制体系中，UCC2 控制器与 UCCserver 软件构成了测量数据自动化的“神经中枢”。UCC2 是硬件控制卡/控制器，负责实时驱动电机、读取光栅与测头信号；UCCserver 则是运行在上位机的服务层，负责解析 DMIS 程序、管理测头标定、调度测量任务，并把结果以结构化格式对外输出。理解这两者的分工与数据出口，是后续实现自动化采集与质量追溯的前提。

一、UCC2 与 UCCserver 的角色分工

UCC2 控制器直接连接 CMM 的伺服系统、光栅尺和测头接口。它执行的是实时运动控制与触发信号捕获：当触发式测头（如 TP20、TP200）接触工件时，测头内部电路产生一个电平跳变，UCC2 在微秒级时间内锁存当前 X/Y/Z 光栅坐标，形成“测点”。对于扫描式测头（如 SP25M、REVO），UCC2 或专用扫描模块则以固定频率连续采样，输出的是测点序列而非单点。

UCCserver 运行在 Windows 上位机，通过以太网或专用总线与 UCC2 通信。它承担三类关键任务：第一，接收并解析 DMIS 或原生测量程序；第二，管理测头库、测针配置与标定数据；第三，将测量结果写入文件或通过接口对外发布。自动化采集的核心，就是找到 UCCserver 的“结果出口”，并理解其数据格式。

关键认知：UCC2 负责“采到点”，UCCserver 负责“给出结果”。自动化采集通常不直接与 UCC2 对话，而是通过 UCCserver 提供的文件、API 或数据库接口获取结构化数据。

二、触发式测头的输出格式

触发式测头每次触发产生一个离散测点。UCCserver 对外输出的典型格式包括：

文本结果文件（.txt / .csv）：每行一个测点或一个特征结果，字段通常包括特征名、理论值、实测值、偏差、上下公差、判定状态。
DMIS 输出：以 FEAT/、MEAS/、OUTPUT/ 等语句记录测量过程与结果，适合与程序绑定追溯。
XML / JSON：部分 UCCserver 版本支持结构化输出，便于上层 MES 或 QMS 直接解析。

以圆特征为例，触发式测量一个孔，UCCserver 可能输出如下 CSV 片段（示例数据，非实测）：

Feature,Type,Nominal_X,Nominal_Y,Nominal_D,Actual_X,Actual_Y,Actual_D,Dev_X,Dev_Y,Dev_D,Status
HOLE_01,CIRCLE,50.000,30.000,10.000,50.012,29.988,10.015,0.012,-0.012,0.015,PASS

其中 Dev_D 为直径偏差，Status 由 UCCserver 根据公差自动判定。自动化脚本只需按行解析，即可把每个特征的结果写入数据库。

三、扫描式测头的输出格式

扫描式测头（如 SP25M 配合 UCCserver 的扫描模块）输出的是连续点云或按特征拟合后的结果。与触发式不同，扫描数据量可达每秒数百至数千点，因此 UCCserver 通常提供两种输出粒度：

原始点云：以 .xyz 或 .csv 格式输出，每行 X,Y,Z,I（I 为强度或测头偏转量），用于后续形貌分析。
拟合特征结果：UCCserver 在内部完成圆、圆柱、平面等拟合后，输出与触发式类似的特征级结果，但额外包含圆度、圆柱度、直线度等形状公差。

扫描结果的典型 CSV 表头可能为：

Feature,Type,Actual_X,Actual_Y,Actual_Z,Actual_D,Roundness,Cylindricity,Status
BORE_02,CYLINDER,120.005,45.002,0.000,25.008,0.004,0.007,PASS

注意：扫描式测头的“实测值”通常是拟合后的中心或直径，而非单个触点。自动化采集时，若需要原始点云，应确认 UCCserver 的扫描输出选项已开启“保存原始点数据”。

四、自动获取测量结果的三种典型路径

根据产线自动化程度，从 UCCserver 获取结果主要有以下方式：

监视结果文件夹：UCCserver 每完成一个程序，自动将结果文件写入指定目录。上位机脚本用文件系统监视器（如 Python 的 watchdog）监听新文件，解析后入库。这是最简单、最稳定的方式。
调用 UCCserver API：部分版本提供 COM 或 .NET API，可直接查询最近一次测量的特征结果，避免文件解析的延迟。
数据库直连：若 UCCserver 配置了结果数据库（如 SQL Server），可直接查询结果表。需注意权限与并发写入问题。

实操建议：首次部署时，先用 UCCserver 手动运行一个包含圆、平面、圆柱的 DMIS 程序，观察结果文件夹中生成的文件名规则与字段顺序。不同版本 UCCserver 的 CSV 列顺序可能不同，务必以实际输出为准，不要硬编码列号。

五、数据采集的触发与同步

自动化采集必须解决“何时取数”的问题。常见同步信号包括：

文件到达事件：结果文件写入完成后触发解析。需判断文件是否写完（可检查文件大小是否稳定或使用临时文件重命名机制）。
程序结束标志：UCCserver 在结果文件中写入 END_OF_MEASUREMENT 或类似标记，脚本读到该标记后才处理。
PLC 握手信号：若 CMM 集成在产线中，可由 PLC 在测量完成后给出一个数字量信号，触发上位机取数。

下面这张图展示了从 UCC2 采集测点，到 UCCserver 输出结果，再到自动化脚本入库的完整数据链路与关键接口。

六、采集脚本的关键实现要点

以 Python 为例，一个最小可用的采集脚本需要处理以下环节：

import csv, time, os
from watchdog.observers import Observer
from watchdog.events import FileSystemEventHandler

RESULT_DIR = r"C:\UCCserver\Results"

class ResultHandler(FileSystemEventHandler):
    def on_created(self, event):
        if event.src_path.endswith(".csv"):
            time.sleep(0.5)  # 等待文件写入完成
            with open(event.src_path, newline='', encoding='utf-8') as f:
                reader = csv.DictReader(f)
                for row in reader:
                    if row.get("Status") in ("PASS", "FAIL"):
                        save_to_db(row)  # 自定义入库函数

这段代码的核心逻辑是：监听结果目录，发现新 CSV 后延迟 0.5 秒再读取，避免读到半截文件；然后用 DictReader 按列名解析，而不是按列号，从而兼容不同 UCCserver 版本的列顺序差异。

常见陷阱：UCCserver 在测量过程中可能先创建文件再逐步写入。若脚本在文件创建瞬间就读取，会得到不完整数据。务必加入“文件大小稳定”或“延迟读取”判断。另外，若结果文件被 UCCserver 独占锁定，读取会抛出异常，需加入重试机制。

七、结果字段的追溯意义

自动化采集不只是“把数拿出来”，更要保证数据可追溯。建议在入库时至少保留以下字段：

字段	来源	追溯用途
工件序列号	DMIS 程序变量或 PLC 传入	绑定具体工件
程序名 / 版本	UCCserver 结果文件头	确认测量方案
测头 / 测针配置	UCCserver 标定记录	排除测头差异
特征名与实测值	结果文件行	质量判定
测量时间戳	文件创建时间或 UCCserver 记录	时序追溯
判定状态	UCCserver 公差判定	快速筛选超差

把上述字段与工件序列号关联后，即可实现“从成品追溯到测量程序、测头配置和原始测点”的闭环。触发式与扫描式测头的输出格式虽有差异，但在追溯层面统一为“特征级结果 + 原始数据引用”即可兼容。