传感器在三坐标测量仪中的应用

传感器在三坐标测量仪中的应用

三坐标测量机是一类大型精密测量仪器。它具有空间二个相互垂直的运动导轨

和祁应的二个坐标的位移测量装置，并配有不同性能的测量头、实现对空间点、线、面及其相互

位置呐测量。

一、三坐标测量仪的传感检测系统

二：坐标测量仪的种类较多，性能各异，但其构成框图大多如图15—11所示。

三坐标测量仪由机械部分、ATMEL代理商计算机和二坐标测量仪系统软件部分、测量系统、测量头(探

头)及附件构成。其中测量系统对三坐标测量仅的测量精度、成本影响较大。测量系统种类很

多，按其性质可分为机械式测量系统、光学式测量系统和电学式测星系统。

‘1)机械式测量系统机械式测量系统在现代坐标测量仪上／、V用已经很少。

(2)光学式测旦系统最常见的是光栅测量系统。它是利用美尔条纹原理检测坐你的移

动量。由于光栅精度高，信号样易纫分，因此，现代二坐标测量仪，持别足计量型测量仪，更多

采用这种测量系统。使用令箭保持清洁的工作环境。除光栅测量系统外，其他光学式测量系

统尚有光学读数刻线尺、光电显微镜和光学编码器、激光下涉仪等，

(3)电学式测星系统最常见的是感应同步器测量系统和磁尺测量系统。感府同枣器的

特点足成本低，对环境的适应性强、个伯灰尘和油污，精度在Lm内通常可达l o Mm，常用十少

产型三坐标测量仪。舷尺也心容易制造、成本低品安装等优点．其精度略低3：感应向步器，在

600 n，m内约为主10 J1”，在中、高精度三坐标测旦仪L应用较少。

二、三坐标测量仪的测量探头

；坐标测量探头安装在各轴的下端。被侧物不同v测旦探头的形式也不向v阁懒—12为常

用的儿种形式。

三坐标测量仪的测量探头按测量方法分为接触式和非接触式购大类。单片机接触式测头应用比

较厂没，非接触式测头多用于一些特殊场合的测量。接触式测头可分为硬测头和软测头两类。

硬测头多为机械测头．主要用于手动测里和精度要求不高的场合，现代三坐标测量仪(特别是

L’N(”三坐标测量仪)牧少使用这种测量头。软测头是目前三坐标测量仪普遍使用的测量头。

软侧又主要有触发式测头和三维测微洲头。二维测微测头亩模拟测头和数字测头。模拟测头

多采用电感传感器；数宁测头多采用光栅传感器。这里只介绍触发式测头和二维电感测头。

(1)触发式测头亦称电触式测头，其作用是瞄准。它可用于“飞越”测量，即在检测过程

中．测头缓缓前进，当测头接触工件并过零点时，侧头即自动发出信号，采集各坐标值，而测头

则不滞要川rj停止或退回．即允许若干毫米的超程。触发式测头的结构形式很多，图

15—13是其中之一。测头主体是由上主体3与下底座10及二根肪转杆2组成，用三

个螺订紧固成一体。测杆11装在测杆座7L—，其底面装宙120“均布的三个圆柱体

入圆柞体8与浆在下底座的6个钢球9两两相配、dI成三刘钢球接触剐。测杆座为一

半球形，顶部有一压力弹簧6向卜压紧、4A三对接触副自动接触。弹簧力大小用3个

测力调整螺丝5调节。为广防止洲杆压在运动中绕轴N转动，采用了防转杆2，测杆

比上的防转槽是为了粗略地防jL产生大胸tU转角W使接触副钳5L。电路导线内颓爬

4引出。触发式洲头的工作原理相当于零伙发信斤关。肖二对钢球接触副均匀接触时，测杆处于零位。当测杆与被测件接触时，测杆被推向仟一方向。发生偏转或顶起，此

时三对钢球接触副必然有一对脱开、电路方即断开，随即发出过零信号，同时指示灯

点亮。当测杆与被侧件脱离后、外力消失，由于压力弹簧6的作用，使洲杆回到原始

位置。这种测头的单向审复稍度‘＜1ym。测头测扦长度J与触点至中心的半径f

之间的比例关系将影响瞄准精度，一般f／』的比值胆大，瞄准精度越高。洲杆轴线方

向的测力为〔)．3—“1N，侧杆垂直方向的测力为01一r 3N。Atmel测端直径、洲端接触

变形及测杆变形的系统值，可按巴结定的数值在计算机中修止。

(2)三维电感侧头三维电感洲头有钢球式、双片簧式等不同的结构形式。其中双片笛式

又有不同的结构设计。这里仅介绍一种双片簧式三绝电感测量测头。闻15—14是一种三层

式的结构形式，三向测微出广至下按f、y1?排列，伶层结构基本相同。各层结构均由三部分

组成：一是感受部分。它由电感传感器7组成，当测杆发生位移时，各向传感器发出各自的信

号。二是测力机构。采用电磁式测力机构8，当测杆向一个方向运动时、为了顶加测力，电磁

洲力机构向肋测方向产生电磁测力，同时给测杆一个预偏量。当测杆与工件接触时，即推压删http://www.ebv.hk/atmel/mcu

杆，直至过零发出信号。这一道程完成后，电磁测力又按新的测量要求施加到该方向。如果一

个侧微坐标被锁紧．亿宾微电子则此坐标的电磁力应释放开。于是零位锁紧机构。三向测头的三个方向

不一定同时L作，往往需要锁紧—向或两向(有的测头不需锁紧)。锁紧机构用电磁铁

操纵．需要锁紧时，将线圈136少量流断开．则衔钦N被——块水久磁铁11吸引向上运动，衔铁可绕片簧12转动而使阅锥销9插入小

座15的扎内．将该方向锁紧在零位上。

肖需要打开锁紧时，将线圈13通以电流，其电磁力克服永久磁铁11的吸力，将锥销从小座的孔中拔出，成为自由状忠。测杆腔l装在最F层Z方向的片簧机构卜

为了平衡共更量．采用弹簧5吊并，并没置螺旋调整机构来调整平衡力的大小。

销子3为了防止螺母4转动而设置。它可在螺毋4的外因槽内滑动。测杆座l上

装有!个探头，N方便地对各种工件进行测量。该测头的电感传感器的重复精度为

o．1P rn。包括平行片笑机构等在内测头总误差为o．5flm。非接触测头的优点在J：

测头不与被测1：件接触，因的无测力，4；划伤工件．同时也可快速测量G非接触测