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三坐標(biāo)測量儀培訓(xùn)手冊
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三坐標(biāo)講義
第一節(jié) 課 學(xué)前知識
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 : 測量機(jī)主機(jī) , 控制系統(tǒng) , 計(jì)算機(jī) ( 測量軟件 ) , 測座、 測頭系統(tǒng)。
2. 測量機(jī)主機(jī)
這是測量機(jī)的基本硬件 , 有多種結(jié)構(gòu)形式 :
移動橋式 : 活動橋式測量機(jī)是使用最為廣泛的一種機(jī)構(gòu)形式。 特點(diǎn)是開敞性
比較好 , 視野開闊 , 上下零件方便。運(yùn)動速度快 , 精度比 較高。有小型、 中型、
大型幾種形式。
固定橋式 : 固定橋式測量機(jī)由于橋架固定 , 剛性好 , 動臺中心驅(qū)動、 中心光柵阿
貝誤差小 , 以上特點(diǎn)使這種結(jié)構(gòu)的測量機(jī)精度 非常高 , 是高精度和超高精度的測
量機(jī)的首選結(jié)構(gòu)。
3、
高架橋式 : 高架橋式測量機(jī)適合于大型和超大型測量機(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量。一般都采用 雙光柵、 雙驅(qū)動等技術(shù) , 提
高精度。
水平臂式 : 水平臂式測量機(jī)開敞性好 , 測量范圍大 , 能夠由兩臺機(jī)器共同組 成雙臂測量機(jī) , 特別適合汽車工業(yè)鈑金件的測量。
關(guān)節(jié)臂式 : 關(guān)節(jié)臂式測量機(jī)具有非常好的靈活性 , 適合攜帶到現(xiàn)場進(jìn)行測量 , 對環(huán)境條件要求比較低。
各種結(jié)構(gòu)三坐標(biāo)”圖”
以活動橋式測量機(jī)為例 , 介紹三坐標(biāo)主要組成及功能 :
工作臺 ( 一般采用花崗石 ) , 用于擺放零件支撐橋架 ; 工
4、作臺放置零件時(shí) , 一般
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要根據(jù)零件的形狀和檢測要求
, 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。大零件可在工作臺上墊等高塊
, 小零件
能夠放 在固定在工作臺上的方箱上固定后測量。
橋架 , 支撐 Z 滑架 , 形成互相垂直的三軸
;
橋架是測量機(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
, 一般橋式測量機(jī)的橫梁長度不超過
2.5
米, 超過這個(gè)長度就要使用雙光柵等措施對附腿滯后的誤差進(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
響測量機(jī)精度 , 不允許調(diào)整。
導(dǎo)軌 , 具有精度要求的運(yùn)動導(dǎo)向軌道
, 是基準(zhǔn) ;
導(dǎo)軌是氣浮塊運(yùn)動的軌道
,
是
測量機(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污染導(dǎo)軌
, 造成導(dǎo)軌
道直線度誤差變大 , 使測量機(jī)的系統(tǒng)誤差增大
,
影響測量精度。要保持導(dǎo)軌道完好 ,
避免對導(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)是測量機(jī)的測長基
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)算長度。為了便于計(jì)算由于溫度變化造成光柵長度變化帶來的誤差
, 采用
光柵 一端固定 , 另一端放開 , 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)行自動溫度補(bǔ)償。
零位片的作用是使測量機(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)
, 是測量機(jī)誤差補(bǔ)償和測
量機(jī)行程終控
制的基準(zhǔn)。
驅(qū)動系統(tǒng) ( 伺服電機(jī)、 傳動帶 ) ;
驅(qū)動系統(tǒng)由直流伺服電機(jī)、
減速器、 傳動
帶、 帶輪等組成。驅(qū)動系統(tǒng)的狀態(tài)會影響控制系統(tǒng)的參
數(shù) , 不能隨便調(diào)整。
空氣軸承氣路系統(tǒng) ( 過濾器、 開關(guān)、 傳感器、
氣浮塊、 氣管 ) ;
空氣軸承
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( 又稱氣浮塊 )
8、 是測量機(jī)的重要部件
, 主要功能是保持測量機(jī)的各運(yùn)動軸相互無摩
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。過濾器系統(tǒng)是氣路中的最后一道關(guān)卡
, 由于其過
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濾裝置和管道
進(jìn)行前置過濾處理。氣路中連接的空氣開關(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 ) 、 隨動帶。 小型測量機(jī)采用支架支撐測量機(jī)工作臺
, 中、 大型測
量機(jī)一般采用千斤頂支撐工作臺。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 ,
如果安裝測量機(jī)的附近有幅度較大的震動源
, 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)
這是測量機(jī)的控制中樞 , 主要功能 :
控制、 驅(qū)動測量機(jī)的運(yùn)動 , 三軸同步、 速度、 加速度控制 ; 操縱盒或計(jì)算機(jī)
指令經(jīng)過系統(tǒng)控制單元 , 按照設(shè)置好的速度、 加速度 , 驅(qū)動三軸直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)
動, 并經(jīng)過光柵和電機(jī)的反饋電路對運(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。運(yùn)動軌跡有飛行測量、 點(diǎn)定位兩種方式 , 飛行方式測量
效率高 , 運(yùn)動時(shí)停頓少。點(diǎn)定 位方式適合指定截面或指定位置的測量。能夠經(jīng)過
語句進(jìn)行設(shè)置。在進(jìn)入計(jì)算機(jī)指令指定的觸測 的探測距離時(shí) , 控制單元會控制測
量機(jī)由位置運(yùn)動速度轉(zhuǎn)換到探測速度 , 使測頭慢速接近被測零件。
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在有觸發(fā)信號時(shí)采集數(shù)據(jù) , 對光柵讀數(shù)進(jìn)行處理 ; 當(dāng)經(jīng)過操縱盒或計(jì)算機(jī)指
令控制運(yùn)動的測量機(jī)測頭傳感器與被測零件接觸時(shí) , 測頭傳感器
11、 ( 簡稱 ”測頭” )
就會發(fā)出被觸發(fā)的信號。信號傳送到控制單元后 , 立即令測量機(jī)停止運(yùn)動 ( 測頭保護(hù)功能 ) , 同時(shí)鎖存此刻的三軸光柵讀數(shù)。這就是測量機(jī)測量的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。
根據(jù)補(bǔ)償文件 , 對測量機(jī)進(jìn)行 21 項(xiàng)誤差補(bǔ)償 ; 測量機(jī)在制造組裝完成后 , 都
要使用激光干涉儀和其它檢測工具對 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 , 生成誤差補(bǔ)償文件 , 將這些誤差用軟件進(jìn)行補(bǔ)償 , 以保證測量機(jī)精度符合合
同的要求。測 頭觸發(fā)后鎖存的每一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)都要
12、經(jīng)過誤差計(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)償功能的測量機(jī) , 能夠根據(jù)設(shè)定的方式自動采取各軸光柵和被測零件的溫度 , 對于測量 機(jī)和零件溫度由于偏離 20℃帶來的長度誤差進(jìn)行補(bǔ)償 , 以保持高精度。
對測量機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測 ( 行程控制、 氣壓、 速度、 讀數(shù)、 測頭等 ) , 采
取保護(hù)措施 ; 控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有故障診斷功能 , 對測量機(jī)正常工作及安全有影響
的部位進(jìn)行檢測 , 當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些 有異?，F(xiàn)象時(shí) , 系統(tǒng)就會采取保護(hù)措施 ( 停機(jī) , 斷驅(qū)
動電源 ) , 同時(shí)發(fā)出信息通知操作人員。
對掃描測頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 , 并控制掃描 :
配備有掃描功能的測量機(jī) , 由于掃描測頭采集的數(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 , 并控制測量機(jī)按照零件表面形狀 , 保持掃描接觸
的方式運(yùn)動。
與計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種信息交流。 雖然控制系統(tǒng)本身就是一臺計(jì)算機(jī) , 可是沒有
與外界交互動介面 , 其內(nèi)部的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過 與上位計(jì)算機(jī)的通訊進(jìn)行輸入和設(shè)
置?？刂菩畔⒑蜏y點(diǎn)的數(shù)據(jù)都經(jīng)過信息傳輸、 交流。交流方式 主要是 RS232 接
口或網(wǎng)卡。
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三坐標(biāo)測量儀培訓(xùn)手冊
