柔性坐标测量机的温度数据采集系统的研制

0　引言

    目前,三坐标测量机绝大部分都是以正交坐标系为基础设计的,因此必须有实现直线运动的基准-直线导轨,而直线导轨特别是长导轨,制作复杂、价格昂贵,其测 量范围受到导轨长度的限制,被测工件要搬到坐标测量机的工作台上进行测量,这些都是“正交坐标系”测量机存在的缺点和局限性。建立“非正交坐标系”来实现 坐标测量成为一种必然。柔性测量机的测量空间更加开阔、简便、可移动,具有广阔的发展前景。

    国内对柔性坐标测量机的研究起步较晚,因此,不论是从理论研究层面上还是从制造技术层面上来说水平都较低,目前只有结构较为简单的柔性坐标测量机产品,由于其机械平衡性差、测量精度较低,有待进一步提高。

    开发出一种智能关节式坐标测量机,其具有高精度,低成本,移动性好等特性,将有着广泛的应用空间和市场前景。

1　温度对柔性测量机的影响

    随着对精度要求的日益提高,测量环境的温度变化引起的测量误差成为影响坐标测量机精度提高的主要障碍之一。通常情况下,减小温度误差的影响可采取两种措施:

    1)将测量环境温度严格控制在标准状态。这种方法对于经常使用在工业现场环境的柔性坐标测量机来说并不现实。

    2)利用误差修正技术对温度误差进行修正。通过软件补偿建立测量机的热行为数学模型,实时补偿测量机热变形误差。这是一种基于在测量机工作过程中在线监测温度变化的间接补偿方式。

    第二种方法是一种可行的减小测量机温度误差的方法,简便易行,可获得较为满意的效果,并具有柔性强、经济性好的特点,因此在动态测量中广泛应用。具体方法 是在测量机的关键部位安放温度传感器,监测测量机的温度变化。实现多温度传感器实时温度数据采集,建立柔性坐标测量机热变形误差修正模型,对由于温度变化 引起的热变形进行软件补偿。

2　温度数据采集电路设计

    测量机的采集电路主要包括两部分:温度量数据采集系统电路;数据采集器和上位机通信接口电路。整个系统的框图如图1所示。

2.1　温度量数据采集电路

    本系统采用MAXIM公司的Σ-Δ型A/D转换器MAX1402来完成温度量测量电路的设计。该转换器采用四线制可以和本电路采用的铂电阻Pt100直接 连接,完成所有的信号调理功能,减少了误差环节,节省了成本且特别适合于本研究中电路板尺寸受到限制这一特点。在此电路中,需加入一片多路模拟开关器件切 换标准电流输出以实现温度传感器的选择。