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三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x培訓(xùn)手冊(cè)
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三坐標(biāo)講義
第一節(jié) 課 學(xué)前知識(shí)
一．三坐標(biāo)概況
1. 三坐標(biāo)組成
2、
三坐標(biāo)主要由以下幾部分組成 : 測(cè)量機(jī)主機(jī) , 控制系統(tǒng) , 計(jì)算機(jī) ( 測(cè)量軟件 ) , 測(cè)座、 測(cè)頭系統(tǒng)。
2. 測(cè)量機(jī)主機(jī)
這是測(cè)量機(jī)的基本硬件 , 有多種結(jié)構(gòu)形式 :
移動(dòng)橋式 : 活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)是使用最為廣泛的一種機(jī)構(gòu)形式。 特點(diǎn)是開(kāi)敞性
比較好 , 視野開(kāi)闊 , 上下零件方便。運(yùn)動(dòng)速度快 , 精度比 較高。有小型、 中型、
大型幾種形式。
固定橋式 : 固定橋式測(cè)量機(jī)由于橋架固定 , 剛性好 , 動(dòng)臺(tái)中心驅(qū)動(dòng)、 中心光柵阿
貝誤差小 , 以上特點(diǎn)使這種結(jié)構(gòu)的測(cè)量機(jī)精度 非常高 , 是高精度和超高精度的測(cè)
量機(jī)的首選結(jié)構(gòu)。
3、
高架橋式 : 高架橋式測(cè)量機(jī)適合于大型和超大型測(cè)量機(jī) , 適合于航空、 航天、
造船行業(yè)的大型零件或大型模具的測(cè)量。一般都采用 雙光柵、 雙驅(qū)動(dòng)等技術(shù) , 提
高精度。
水平臂式 : 水平臂式測(cè)量機(jī)開(kāi)敞性好 , 測(cè)量范圍大 , 能夠由兩臺(tái)機(jī)器共同組 成雙臂測(cè)量機(jī) , 特別適合汽車(chē)工業(yè)鈑金件的測(cè)量。
關(guān)節(jié)臂式 : 關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)具有非常好的靈活性 , 適合攜帶到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量 , 對(duì)環(huán)境條件要求比較低。
各種結(jié)構(gòu)三坐標(biāo)”圖”
以活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)為例 , 介紹三坐標(biāo)主要組成及功能 :
工作臺(tái) ( 一般采用花崗石 ) , 用于擺放零件支撐橋架 ; 工
4、作臺(tái)放置零件時(shí) , 一般
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要根據(jù)零件的形狀和檢測(cè)要求
, 選擇適合的夾具或支撐。要求零件固定
要可靠 ,
不使零件受外力變形或其位置發(fā)生變化。大零件可在工作臺(tái)上墊等高塊
, 小零件
能夠放 在固定在工作臺(tái)上的方箱上固定后測(cè)量。
橋架 , 支撐 Z 滑架 , 形成互相垂直的三軸
;
橋架是測(cè)量機(jī)的重要組成部分
,
由
主、 附腿和橫梁、 滑架等組成。橋架的驅(qū)動(dòng)部分和光柵基本都
在主腿一側(cè) ,
附
腿主要起輔助支撐
5、的作用。由于這個(gè)原因
, 一般橋式測(cè)量機(jī)的橫梁長(zhǎng)度不超過(guò)
2.5
米, 超過(guò)這個(gè)長(zhǎng)度就要使用雙光柵等措施對(duì)附腿滯后的誤差進(jìn)行補(bǔ)償
, 或采用其它
機(jī)構(gòu)形式。
滑架 , 使橫梁與有平衡裝置的 Z 軸連接 ;
滑架連接橫梁和
Z 軸, 其上有兩軸的
全部氣浮塊和光柵的讀數(shù)頭、
分氣座。氣浮塊和讀數(shù)頭的調(diào)
整比較復(fù)雜 , 直接影
響測(cè)量機(jī)精度 , 不允許調(diào)整。
導(dǎo)軌 , 具有精度要求的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向軌道
, 是基準(zhǔn) ;
導(dǎo)軌是氣浮塊運(yùn)動(dòng)的軌道
,
是
測(cè)量機(jī)的基準(zhǔn)之一。壓縮空氣中的油和
6、水及空氣中的灰塵會(huì)污染導(dǎo)軌
, 造成導(dǎo)軌
道直線度誤差變大 , 使測(cè)量機(jī)的系統(tǒng)誤差增大
,
影響測(cè)量精度。要保持導(dǎo)軌道完好 ,
避免對(duì)導(dǎo)軌磕碰 , 定期清潔導(dǎo)軌。
光柵系統(tǒng) ( 光柵、 讀數(shù)頭、 零位片 ) , 是基準(zhǔn) ;
光柵系統(tǒng)是測(cè)量機(jī)的測(cè)長(zhǎng)基
準(zhǔn)。光柵是刻有細(xì)密等距離刻線的金屬或玻璃
, 讀數(shù)頭使用光學(xué)的方
法讀取這些
刻線計(jì)算長(zhǎng)度。為了便于計(jì)算由于溫度變化造成光柵長(zhǎng)度變化帶來(lái)的誤差
, 采用
光柵 一端固定 , 另一端放開(kāi) , 使其自由伸縮。另外在光柵尺座預(yù)置有溫度傳感器
,
便于有溫度補(bǔ)償功
7、 能的系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)溫度補(bǔ)償。
零位片的作用是使測(cè)量機(jī)找到
機(jī)器零點(diǎn)。機(jī)器零點(diǎn)是機(jī)器坐標(biāo)系的原點(diǎn)
, 是測(cè)量機(jī)誤差補(bǔ)償和測(cè)
量機(jī)行程終控
制的基準(zhǔn)。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ( 伺服電機(jī)、 傳動(dòng)帶 ) ;
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流伺服電機(jī)、
減速器、 傳動(dòng)
帶、 帶輪等組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)會(huì)影響控制系統(tǒng)的參
數(shù) , 不能隨便調(diào)整。
空氣軸承氣路系統(tǒng) ( 過(guò)濾器、 開(kāi)關(guān)、 傳感器、
氣浮塊、 氣管 ) ;
空氣軸承
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( 又稱氣浮塊 )
8、 是測(cè)量機(jī)的重要部件
, 主要功能是保持測(cè)量機(jī)的各運(yùn)動(dòng)軸相互無(wú)摩
擦 , 由于氣浮塊的浮起高度有限而且氣孔很小
,
要求壓縮空氣壓力穩(wěn)定且其中不
能含有雜質(zhì)、 油, 也 不能有水。過(guò)濾器系統(tǒng)是氣路中的最后一道關(guān)卡
, 由于其過(guò)
濾精度高 , 非常容易被壓縮空氣中的
油污染 , 因此一定要有前置過(guò)濾裝置和管道
進(jìn)行前置過(guò)濾處理。氣路中連接的空氣開(kāi)關(guān)和空氣傳
感器都具有保護(hù)功能 , 不能
隨便調(diào)整。
支承 ( 架 ) 、 隨動(dòng)帶。 小型測(cè)量機(jī)采用支架支撐測(cè)量機(jī)工作臺(tái)
, 中、 大型測(cè)
量機(jī)一般采用千斤頂支撐工作臺(tái)。都采用三
點(diǎn)支撐 , 在一個(gè)支
9、撐的一側(cè) , 有兩個(gè)
附助支撐 , 只起保險(xiǎn)作用。每個(gè)支撐都有一個(gè)海綿墊
, 能夠 吸收振幅較小的震動(dòng) ,
如果安裝測(cè)量機(jī)的附近有幅度較大的震動(dòng)源
, 要另外采取減震措施。
三坐標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
3.控制系統(tǒng)
這是測(cè)量機(jī)的控制中樞 , 主要功能 :
控制、 驅(qū)動(dòng)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng) , 三軸同步、 速度、 加速度控制 ; 操縱盒或計(jì)算機(jī)
指令經(jīng)過(guò)系統(tǒng)控制單元 , 按照設(shè)置好的速度、 加速度 , 驅(qū)動(dòng)三軸直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)
動(dòng), 并經(jīng)過(guò)光柵和電機(jī)的反饋電路對(duì)運(yùn)行速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速
10、進(jìn)行控制 , 使三軸同步
平穩(wěn)的按指定 軌跡運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軌跡有飛行測(cè)量、 點(diǎn)定位兩種方式 , 飛行方式測(cè)量
效率高 , 運(yùn)動(dòng)時(shí)停頓少。點(diǎn)定 位方式適合指定截面或指定位置的測(cè)量。能夠經(jīng)過(guò)
語(yǔ)句進(jìn)行設(shè)置。在進(jìn)入計(jì)算機(jī)指令指定的觸測(cè) 的探測(cè)距離時(shí) , 控制單元會(huì)控制測(cè)
量機(jī)由位置運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換到探測(cè)速度 , 使測(cè)頭慢速接近被測(cè)零件。
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在有觸發(fā)信號(hào)時(shí)采集數(shù)據(jù) , 對(duì)光柵讀數(shù)進(jìn)行處理 ; 當(dāng)經(jīng)過(guò)操縱盒或計(jì)算機(jī)指
令控制運(yùn)動(dòng)的測(cè)量機(jī)測(cè)頭傳感器與被測(cè)零件接觸時(shí) , 測(cè)頭傳感器
11、 ( 簡(jiǎn)稱 ”測(cè)頭” )
就會(huì)發(fā)出被觸發(fā)的信號(hào)。信號(hào)傳送到控制單元后 , 立即令測(cè)量機(jī)停止運(yùn)動(dòng) ( 測(cè)頭保護(hù)功能 ) , 同時(shí)鎖存此刻的三軸光柵讀數(shù)。這就是測(cè)量機(jī)測(cè)量的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。
根據(jù)補(bǔ)償文件 , 對(duì)測(cè)量機(jī)進(jìn)行 21 項(xiàng)誤差補(bǔ)償 ; 測(cè)量機(jī)在制造組裝完成后 , 都
要使用激光干涉儀和其它檢測(cè)工具對(duì) 21 項(xiàng)系統(tǒng)誤差 ( 各軸的兩個(gè) 直線度、 兩個(gè)角擺誤差、 自轉(zhuǎn)誤差、 位置度誤差 , 三軸之間的兩個(gè)垂直度誤差 , 共 21 項(xiàng)) 進(jìn)行檢測(cè) , 生成誤差補(bǔ)償文件 , 將這些誤差用軟件進(jìn)行補(bǔ)償 , 以保證測(cè)量機(jī)精度符合合
同的要求。測(cè) 頭觸發(fā)后鎖存的每一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)都要
12、經(jīng)過(guò)誤差計(jì)算、 補(bǔ)償后再傳送
給計(jì)算機(jī)軟件。
采集溫度數(shù)據(jù) , 進(jìn)行溫度補(bǔ)償 ; 有溫度補(bǔ)償功能的測(cè)量機(jī) , 能夠根據(jù)設(shè)定的方式自動(dòng)采取各軸光柵和被測(cè)零件的溫度 , 對(duì)于測(cè)量 機(jī)和零件溫度由于偏離 20℃帶來(lái)的長(zhǎng)度誤差進(jìn)行補(bǔ)償 , 以保持高精度。
對(duì)測(cè)量機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè) ( 行程控制、 氣壓、 速度、 讀數(shù)、 測(cè)頭等 ) , 采
取保護(hù)措施 ; 控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有故障診斷功能 , 對(duì)測(cè)量機(jī)正常工作及安全有影響
的部位進(jìn)行檢測(cè) , 當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些 有異?，F(xiàn)象時(shí) , 系統(tǒng)就會(huì)采取保護(hù)措施 ( 停機(jī) , 斷驅(qū)
動(dòng)電源 ) , 同時(shí)發(fā)出信息通知操作人員。
對(duì)掃描測(cè)頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 , 并控制掃描 :
配備有掃描功能的測(cè)量機(jī) , 由于掃描測(cè)頭采集的數(shù)據(jù)量非常大 , 必須有專用
的掃描數(shù)據(jù)處 理單元進(jìn)行處理 , 并控制測(cè)量機(jī)按照零件表面形狀 , 保持掃描接觸
的方式運(yùn)動(dòng)。
與計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種信息交流。 雖然控制系統(tǒng)本身就是一臺(tái)計(jì)算機(jī) , 可是沒(méi)有
與外界交互動(dòng)介面 , 其內(nèi)部的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過(guò) 與上位計(jì)算機(jī)的通訊進(jìn)行輸入和設(shè)
置。控制信息和測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)信息傳輸、 交流。交流方式 主要是 RS232 接
口或網(wǎng)卡。
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