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三坐標(biāo)測量機(jī)的測量系統(tǒng)--測頭系統(tǒng)
閱讀:648 發(fā)布時間:2020-8-7 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量系統(tǒng)由標(biāo)尺系統(tǒng)和測頭系統(tǒng)構(gòu)成,它們是三坐標(biāo)測量機(jī)的關(guān)鍵組成部分,決定著CMM測量精度的高低。
以為思瑞為您介紹一下測頭系統(tǒng):
(一)測頭: 三坐標(biāo)測量機(jī)是用測頭來拾取信號的,因而測頭的性能直接影響測量精度和測量效率,沒有*的測頭就無法充分發(fā)揮測量機(jī)的功能。在三坐標(biāo)測量機(jī)上使用的測頭,按結(jié)構(gòu)原理可分為機(jī)械式、光學(xué)式和電氣式等;而按測量方法又可分為接觸式和非接觸式兩類。
1.機(jī)械接觸式測頭:機(jī)械接觸式測頭為剛性測頭,根據(jù)其觸測部位的形狀,可以分為圓錐形測頭、圓柱形測頭、球形測頭、半圓形測頭、點(diǎn)測頭、V型塊測頭等。這類測頭的形狀簡單,制造容易,但是測量力的大小取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)和技能,因此測量精度差、效率低。目前除少數(shù)手動測量機(jī)還采用此種測頭外,絕大多數(shù)測量機(jī)已不再使用這類測頭。
(a) 圓錐形測頭
(b) 圓柱形測頭
(c) 球形測頭
(d) 半圓形測頭
(e) 點(diǎn)測頭
(f) V型塊測頭
2.電氣接觸式測頭電氣接觸式測頭目前已為絕大部分坐標(biāo)測量機(jī)所采用,按其工作原理可分為動態(tài)測頭和靜態(tài)測頭。
(1)動態(tài)測頭:測桿安裝在芯體上,而芯體則通過三個沿圓周1200分布的鋼球安放在三對觸點(diǎn)上,當(dāng)測桿沒有受到測量力時,芯體上的鋼球與三對觸點(diǎn)均保持接觸,當(dāng)測桿的球狀端部與工件接觸時,不論受到X、Y、Z哪個方向的接觸力,至少會引起一個鋼球與觸點(diǎn)脫離接觸,從而引起電路的斷開,產(chǎn)生階躍信號,直接或通過計算機(jī)控制采樣電路,將沿三個軸方向的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送至存儲器,供數(shù)據(jù)處理用。
測頭是在觸測工件表面的運(yùn)動過程中,瞬間進(jìn)行測量采樣的,故稱動態(tài)測頭,也稱觸發(fā)式測頭。動態(tài)測頭結(jié)構(gòu)簡單、成本低,可用于高速測量,但精度稍低,而且動態(tài)測頭不能以接觸狀態(tài)停留在工件表面,因而只能對工件表面作離散的逐點(diǎn)測量,不能作連續(xù)的掃描測量。
(2)靜態(tài)測頭:靜態(tài)測頭除具備觸發(fā)式測頭的觸發(fā)采樣功能外,還相當(dāng)于一臺超小型三坐標(biāo)測量機(jī)。測頭中有三維幾何量傳感器,在測頭與工件表面接觸時,在X、Y、Z三個方向均有相應(yīng)的位移量輸出,從而驅(qū)動伺服系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)整,使測頭停在規(guī)定的位移量上,在測頭接近靜止的狀態(tài)下采集三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),故稱為靜態(tài)測頭。靜態(tài)測頭沿工件表面移動時,可始終保持接觸狀態(tài),進(jìn)行掃描測量,因而也稱為掃描測頭。其主要特點(diǎn)是精度高,可以作連續(xù)掃描,但制造技術(shù)難度大,采樣速度慢,價格昂貴,適合于高精度測量機(jī)使用。
(3)光學(xué)測頭:在多數(shù)情況下,光學(xué)測頭與被測物體沒有機(jī)械接觸,這種非接觸式測量具有一些突出優(yōu)點(diǎn),主要體現(xiàn)在:
1)由于不存在測量力,因而適合于測量各種軟的和薄的工件;2)由于是非接觸測量,可以對工件表面進(jìn)行快速掃描測量;
3)多數(shù)光學(xué)測頭具有比較大的量程,這是一般接觸式測頭難以達(dá)到的;
4)可以探測工件上一般機(jī)械測頭難以探測到的部位。近年來,光學(xué)測頭發(fā)展較快,目前在坐標(biāo)測量機(jī)上應(yīng)用的光學(xué)測頭的種類也較多,如三角法測頭、激光聚集測頭、光纖測頭、體視式三維測頭、接觸式光柵測頭等。下面簡要介紹一下三角法測頭的工作原理。
(4)激光掃描測頭;激光測量探頭一般是以三角法測量原理為主
(二)測頭附件:為了擴(kuò)大測頭功能、提高測量效率以及探測各種零件的不同部位,常需為測頭配置各種附件,如測端、探針、連接器、測頭回轉(zhuǎn)附件等。
1.測端: 對于接觸式測頭,測端是與被測工件表面直接接觸的部分。對于不同形狀的表面需要采用不同的測端。
2.探針:探針是指可更換的測桿。在有些情況下,為了便于測量,需選用不同的探針。探針對測量能力和測量精度有較大影響,在選用時應(yīng)注意:
1)在滿足測量要求的前提下,探針應(yīng)盡量短;
2)探針直徑必須小于測端直徑,在不發(fā)生干涉條件下,應(yīng)盡量選大直徑探針;
3)在需要長探針時,可選用硬質(zhì)合金探針,以提高剛度。若需要特別長的探針,可選用質(zhì)量較輕的陶瓷探針。
3.連接器:為了將探針連接到測頭上、測頭連接到回轉(zhuǎn)體上或測量機(jī)主軸上,需采用各種連接器。常用的有星形探針連接器、連接軸、星形測頭座等。
4.回轉(zhuǎn)附件:對于有些工件表面的檢測,比如一些傾斜表面、整體葉輪葉片表面等,僅用與工作臺垂直的探針探測將無法完成要求的測量,這時就需要借助一定的回轉(zhuǎn)附件,使探針或整個測頭回轉(zhuǎn)一定角度再進(jìn)行測量,從而擴(kuò)大測頭的功能。
常用的回轉(zhuǎn)附件測頭回轉(zhuǎn)體。它可以繞水平軸A和垂直軸B回轉(zhuǎn),在它的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中有精密的分度機(jī)構(gòu),其分度原理類似于多齒分度盤。在靜盤中有48根沿圓周均勻分布的圓柱,而在動盤中有與之相應(yīng)的48個鋼球,從而可實(shí)現(xiàn)以7.5o為步距的轉(zhuǎn)位。它繞垂直軸的轉(zhuǎn)動范圍為360o,共48個位置,繞水平軸的轉(zhuǎn)動范圍為0o~105o,共15個位置。由于在繞水平軸轉(zhuǎn)角為0o(即測頭垂直向下)時,繞垂直軸轉(zhuǎn)動不改變測端位置,這樣測端在空間一共可有48×14+1=673個位置。能使測頭改變姿態(tài)以擴(kuò)展從各個方向接近工件的能力。
思瑞測量技術(shù)(深圳)有限公司主要采用TESA測頭,內(nèi)置緊湊的觸發(fā)式測頭及高精度觸發(fā)式測頭。更加有利于保證測量的精度。