简易三坐标测量机的设计
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54 3! 机械本体 机械本体由框架结构 ( 导轨 ( 标尺系统和驱动装置 等部分组成 " $ %框 架 结 构 是 指 三 坐 标 测 量 机 的 主 体 机 械 结 $ 构 " 它包括工作台 ( 立柱 ( 桥框 ( 壳体等机械结构 ! 如图 在该测量机的测量区设置了$个零件 $所 示" 另 外! 用于将待测零件夹紧 ! 避免在测量过程中零 固定平台 ! 件晃动而产生不必要的误差 " $ %导轨是三坐标测量机实现三维运动的重要部 ! 万方数据 件 " 该测量机中 , 个正交的直线运动轴采用滚珠丝杠
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文章根据实际需 要 的 测 量 精 度 ( 稳定Fra Baidu bibliotek以及相应
收稿日期 ! ! # $ # ) $ $ ) # * 基金项目 ! 苏州市职业大学自然科学基金资助 $ % G ] # * D $ $ 作者简介 ! 陆春元 $ 江苏省苏州市人 ! 本科 ! 讲师 ! 研究方向 & $ * M *’%男 ! 计算机辅助设计 ( 计算机控制工程q & . / 0 & 1 2 0 @ > > / @ K . 7 ? K @ 4 ! = L 万方数据
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实!验!技!术!与!管!理
测量机一律将它们转化为点集的坐标测量 " 只要适当 地改变控制软件 ! 就可以采集不同点的坐标 # 只要适当 就可以按不同评定准则计算出不 变换数据处理软件 ! 同几何元素的各种参数值 "
轴承导轨构成 " 如图 $ 所 示 结 构 中 ! N 轴导轨系统装 在工作 台 上 ! 水 平 桥 架 横 梁 是M 轴 导 轨 系 统! 8 轴导 轨系统装在 M 轴导轨的滑块上 " $ %标尺系 统 是 测 量 机 的 重 要 组 成 部 分 ! 是决定 , 仪器精度的重要环节 " 该测量机 , 个方向轴上均贴装 敞开式光栅尺用以度量各轴位移值 " 光栅尺及安装方 式如图 , 所示 "
5! 三坐标测量机的组成及控制
三坐标测量机是 典 型 的 机 电 一 体 化 设 备 ! 它由机 械本 体 ( 测头和电气系统三大部分组成 要部件构成 "
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易三坐标测量机的外 形 ! 图!为简易三坐标测量机主
图 6! 光栅尺及安装图
$ %驱动装置是测量机的重要运动机构 ! 可实现驱 & 动和程序控制伺服运动的功能 " 该测量机各轴由 JYc 直线导轨和 滚 珠 丝 杆 组 成 机 械 传 动 机 构 ! 由日本 G E 直流伺服电机构成运动控制系统 " 电机功率 %! # # d( 有效行程 % " # #33(重复定位误差 3 i # K # $33(最大
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三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的 方法之一 ! 因为它可以进行零件和部件的尺寸 ( 形状及 相互位置的检测 ! 例 如 箱 体( 导 轨( 涡 轮 和 叶 片( 缸 体( 凸轮 ( 齿轮 ( 形体等 空 间 型 面 的 测 量 " 此 外 ! 还可用于 定中心孔 ( 光刻 集 成 线 路 等 ! 并可对连续曲面进 划线 ( 行扫描及制备数控机床的加工程序等 " 由于它的通用 性强 ( 测量范围大 ( 精 度 高( 效 率 高( 性 能 好( 能与柔性 制造系统相连接 ! 已成 为 一 类 大 型 精 密 仪 器 ! 故有+ 测 量中心 , 之称
陆春元 &简易三坐标测量机的设计
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实现测量动 !! 主程序主要采用 循 环 调 用 各 子 程 序 ! 作的反复操作 " 测量计算和输出程序 &
图 7! 三坐标测量机测控界面
轴控制卡初始化程序 &
该段代码主要用 来 计 算 比 较 测 量 结 果 ! 同时在上 位机测控界面上输出测量结果 "
6! 结论
经测试分析 ! 该测量机在对规则零件测量时 ! 其测 量精度达到了 #K 其测量误差主要由测量机机 # $33! 械结构存在的固有误差 ( 测头精度 ( 上位机控制软件的 初始化程序主要 检 测 控 制 卡 是 否 安 装 正 常 ! 同时 为该卡分配内存地址 " 测量主程序 & 算法误差等构成 " 通过对该测量机 的 设 计 与 开 发 ! 主要给机电专业 的学生明示了机电一体化系统的技术组成及如何在硬 件( 软件方面构建机电一体化系统 ! 为学生在今后工作 中就机电技术的创新应用提供一个良好的锻炼机会 " 参考文献 # $ ! \ . : . < . 4 @ . >
图 5! 三坐标测量机硬件系统图
$ %电气控 制 系 统 & 电气控制系统是测量机的电 $ 气控制部分 " 该三坐标测量机的控 制 核心 是 一 块 W B N 多轴控制卡 ! 该卡不 仅 可 以 用 来 驱 动 三 轴 直 流 伺 服 电 机! 其板载的多路 N Z 通用输入输出接口可采集光栅 尺数 据 " 该 控 制 卡 还 提 供 通 信 所 需 的 \ G ! , !和 接口 ! 确保其与 上 位 机 和 其 他 外 围 设 备 的 正常 \ G & ’ "
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计算机控制下 ! 测量 机 可 以 按 所 要 求 的 采 样 策 略 自 动 对这些点的坐标进行 测 量 ! 并算出这些几何元素的参 数值 " 例如在测量圆 盘 类 零 件 的 直 径 时 ! 可以在垂直 于轴线的截面内 ! 触测零件表面 上 , 个 点 ! 再根据这, 点的坐标值计算出圆截面的直径 " 这一建立在坐标 测 量 基 础 上 的 工 作 原 理 ! 使三坐 标测量机具有很大 的 通 用 性 与 柔 性 " 从 原 理 上 说 ! 它 可以测量任何工件的 任 何 几 何 元 素 的 任 何 参 数 ! 因为
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简易三坐标测量机的设计
陆春元
& 苏州市职业大学 机电工程系 !江苏 苏州 !! ’ $ " $ # &
摘 ! 要 !摘 要 & 开发了一种基于多轴运动控制卡控制的三坐标测量机 ! 介绍了该设备的基本原理和结构"该 设备由机械本体 ( 伺服驱动系统 ( 三维 测 头 ( 光 栅 尺( 多轴运动控制卡和数据处理软件构成! 能实现对加工零 件的外形尺寸测量及测量结果的分析处理 ! 在工业自动化生产中的得到广泛应用 " 关键词 !三坐标测量机 #多轴控制卡 #伺服电机 #光栅尺 中图分类号 ! $ % J % ’ ,!! 文献标志码 !(!! 文章编号 ! $ # # ! ) & * " + ! # $ # $ ! ) # $ # $ ) # ,
$ %计算机 及 测 量 机 软 件 & 现代三坐标测量机都 ! 配备有计算机 ! 由计算机采集数据 ! 通过运算输出所需
M* 的测量结果 ) " 其软件系统功能的强弱直接影响到测
量机的功 能 " 该 测 量 机 各 轴 的 驱 动 和 控 制 软 件 采 用 测量 机 的上 位机 测 R 8 > ? 6 0_ 6 > 8 @+K # 设计和编写完成 ! 控界面如图 & 所示 "
图 3! 简易三坐标测量机图
行程速度 % " $ # #33 > 54 5! 三维测头 三维测头是三维测量的传感器 ! 它可在 , 个方向上 感受瞄准信 号 和 微 小 位 移 ! 以实现瞄准与测微两种功
* " 能) " 该测量机用来触测被测零件的测头装在 8 轴端
部! 为接触式硬测头 " 该测头除了能及时输出测量数据 还具有过压保护功能 ! 当 测 头碰 撞 达 到 一定 的 信号外 ! 压力时 ! 可产生一开关量信号 ! 通 过 此信 号 控 制 伺服 驱 动电源回路的继电器线圈的通断 ! 保护测头不受破坏 " 54 6! 电气系统 电气系统由电气 控 制 系 统 ( 计算机及测量机软件 构成 "
!! 制造业中的质量目标在于将零件的生产与设计要 求保持一致 ! 要保持 生 产 过 程 的 一 致 性 要 求 对 制 造 流 程进行控制 " 建立和保持制造流程一致性最为有效的 方法是准确地测量工件尺寸 ! 获得尺寸信息后 ! 分析和 反馈数据到生产过程 中 ! 使之成为持续提高产品质量
$* 的有效工具 ) "
的功能需求 ! 设计了 一 款 以 多 轴 运 动 控 制 卡 为 核 心 控 利用 R 制单元 ! 8 > ? 6 0_ 6 > 8 @ +K # 为平 台 开 发 设 计 了 一 款 简易三坐标测量机构 "
3! 三坐标测量机的工作原理
三坐标测量机的 采 点 发 信 装 置 是 测 头 ! 测头可以 在一定范围的立体空间内任意点移动 " 空间坐标系中 的任一点坐标值都可以通过 N! M! 8 , 个 轴上 光栅 尺 反馈的脉冲数间接求得 " 在测量时 ! 首先将 各 被 测 几 何 元 素 的 测 量 转 化 为 对这些几何元素上一 些 点 集 坐 标 位 置 的 测 量 ! 在测得 这些点的坐标位置后 ! 再由软件按一定的评定准则计
54 3! 机械本体 机械本体由框架结构 ( 导轨 ( 标尺系统和驱动装置 等部分组成 " $ %框 架 结 构 是 指 三 坐 标 测 量 机 的 主 体 机 械 结 $ 构 " 它包括工作台 ( 立柱 ( 桥框 ( 壳体等机械结构 ! 如图 在该测量机的测量区设置了$个零件 $所 示" 另 外! 用于将待测零件夹紧 ! 避免在测量过程中零 固定平台 ! 件晃动而产生不必要的误差 " $ %导轨是三坐标测量机实现三维运动的重要部 ! 万方数据 件 " 该测量机中 , 个正交的直线运动轴采用滚珠丝杠
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3! 三坐标测量机的工作原理
三坐标测量机的 采 点 发 信 装 置 是 测 头 ! 测头可以 在一定范围的立体空间内任意点移动 " 空间坐标系中 的任一点坐标值都可以通过 N! M! 8 , 个 轴上 光栅 尺 反馈的脉冲数间接求得 " 在测量时 ! 首先将 各 被 测 几 何 元 素 的 测 量 转 化 为 对这些几何元素上一 些 点 集 坐 标 位 置 的 测 量 ! 在测得 这些点的坐标位置后 ! 再由软件按一定的评定准则计