多坐标结晶器内腔尺寸测量机机械系统设计

　　多坐标的测量,目前主要是采用三坐标测量机来实现。虽然三坐标测量机的应用范围广、自动化程度高及测量精度高,但传统的三坐标测量机采用钢带传动或气体静压导轨,要求一套供气系统,结构复杂,对环境和使用条件都有较高的要求,而且对具有圆弧表面的内腔尺寸自动测量不太适用,因此有必要对此进行专门设计。本装置是为生产工字钢毛坯的结晶器(即模具)而设计的测量装置。它以滚珠丝杠和滚动导轨为主体,同步带为主要的传动形式,简化了结构设计,降低了生产成本,使之满足经济、适用目的[1]。其测量范围为900 mm×800 mm×600 mm,不确定度为50μm。

　　由于结晶器的内腔精度直接影响工字钢毛坯的精度,所以在生产过程中,对其内腔的尺寸进行检测,以确保产品质量,结晶器结构如图1所示[2]。

　　1　测量机的测量结构及原理

　　1.1　测量机的结构

　　测量系统结构示意图,如图2所示。

　　测量机由x-y工作台、z向立柱,同步带传动装置、横梁、测杆、测头及其转动部件组成。其中沿y、x向的移动,分别由步进电机13、14带动滚珠丝杠7、11转动,从而使得滑座6、9沿导轨作直线移动。在同步带电机12的带动下,带轮2和同步带3驱动横梁17以及测杆16和测头部件15,沿z向立柱1上下移动,为了减小由于测杆、横梁及测头部件质量所造成的误差,在立柱上安装有平衡装置5。当测头15运动到工件内腔的圆弧部分时,安装在测头上的伺服电机会驱动测头绕z轴转动。为保证测量精度,在x、y导轨及立柱上均装有高精度的光栅测量装置[3]。

　　1.2　测量原理

　　整个测量系统是由测量机、控制单元、数据处理单元与打印单元等组成。测量机是系统的主体,它是以多坐标测量原理为基础,通过测量软件,采用电感传感器对结晶器的内腔进行测量。测量时,将被测结晶器靠近测量机,测头部件在数控软件的控制下,沿型腔理想尺寸作等距线移动,使测量机产生标准结晶器的内腔轨迹,同时带动测头端部沿型腔内壁作扫描运动,测得内腔尺寸。并以此为基准,对不同的内腔,输入不同的尺寸参数,测量机可以自动产生所测内壁的轨迹,再由数据处理软件完成测量数据的采集、处理、建模、误差分离与修正,最终将内腔的尺寸、圆弧表面形貌等测量结果显示并打印出来[4]。

　　2　机械伺服系统

　　机械伺服系统是由伺服电机、滚珠螺旋传动及导轨、测杆及检测装置等组成,闭环系统的框图如图3所示。其作用是由控制装置发出的指令,控制伺服电机,通过机械装置将伺服电机的转动变为导轨的移动,带动测杆运动[5]。由于闭环控制的伺服系统具有定位精度高、传动灵活及轻便的特点,所以本设计采用闭环控制系统,以满足测量时快速、精确和稳定的要求。