实用型三坐标测量系统的设计

　　0 引言[1]

　　自动机床、数控机床高效率加工, 以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套;同时电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展, 为三坐标测量机的产生提供了技术基础。现代三坐标测量系统不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量, 而且可以通过与数控机床交换信息, 实现对加工的控制, 并且还可以根据测量数据, 实现反求工程。目前, 三坐标测量系统已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门, 成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。根据实际需要的测量精度、稳定性以及相应功能需求, 我们设计了一款以多轴运动控制卡为核心控制单元, 利用 Visual Basic6.0 为平台开发设计数据采集处理系统的三坐标测量机构。

　　1 三坐标测量系统的工作原理[2]

　　三坐标测量系统的测头可以在一定范围的立体空间的任意点移动。空间坐标系中的任一点坐标值都可以通过光栅尺反馈的脉冲数间接求得。

　　在做测量时, 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, 再根据这些点的空间坐标值, 经过数学运算求出其尺寸和形位误差。如对于简单测量零件的外形尺寸, 只需采集两边缘之间的脉冲数之差即可获得它的长度数据。要测量工件上一圆柱孔的直径, 可以在垂直于孔轴线的截面内, 触测内孔壁上三个点, 则根据这三点的坐标值就可计算出孔的直径。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。

　　2 三坐标测量系统的组成

　　2.1 机械系统

　　测量机构由三个正交的直线运动轴构成。如图 1 所示结构中, X 向导轨系统装在工作台上, 水平桥架横梁是 Y 向导轨系统, Z向导轨系统装在 Y 向导轨的滑块上, 三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。

　　各轴驱动电机均由直流伺服电机组成, 固定在各轴的一端。用来触测被检测零件的测头装在 Z 轴端部。

　　测量区设计了一个零件固定平台, 分别在 X 和 Y 方向固定一个直线气缸, 待测零件送至该测量台后, 负责推紧零件, 避免在测量过程中零件晃动导致不必要的误差。通过轴控制卡的通用输入输出点及上位机软件程序控制其顺序流程, 完成对工件外部尺寸及圆孔直径的测量, 并处理相关数据后传递至其他外围设备。同时, 通过不同预编制的程序, 可以完成对不同规格零件参数的测量。

　　2.2 电子系统

　　电子系统由光栅计数系统、测头信号接口和 PCI 多轴控制卡组成。