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浅析三坐标测量机测量系统的应用知识
编辑:南通智泰精密仪器有限公司   时间:2019-04-07

  一、标尺系统
  标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的,目前三次元测量机上使用的标尺系统种类很多,它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同,按其性质可以分为机械式标尺系统(如精密丝杠加微分鼓轮,精密齿条及齿轮,滚动直尺)、光学式标尺系统(如光学读数刻线尺,光学编码器,光栅,激光干涉仪)和电气式标尺系统(如感应同步器,磁栅)。根据对国内外生产CMM三坐标测量仪所使用的标尺系统的统计分析可知,使用最多的是光栅,其次是感应同步器和光学编码器。有些高精度CMM三次元测量机的标尺系统采用了激光干涉仪。
  二、测头系统          
  (一)测头         
  三坐标测量机是用测头来拾取信号的,因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率,没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。在三次元测量仪上使用的测头,按结构原理可分为机械式、光学式和电气式等;而按测量方法又可分为接触式和非接触式两类。
  1.机械接触式测头
  机械接触式测头为刚性测头,根据其触测部位的形状,可以分为圆锥形测头、圆柱形测头、球形测头、半圆形测头、点测头、V型块测头等。这类测头的形状简单,制造容易,但是三次元影像测量仪测量力的大小取决于操作者的经验和技能,因此测量精度差、效率低。目前除少数手动三坐标测量机还采用此种测头外,绝大多数三次元测量机已不再使用这类测头。
  2.电气接触式测头
  电气接触式测头目前已为绝大部分三坐标测量机所采用,按其工作原理可分为动态测头和静态测头。         
  (1)动态测头       
  测杆安装在芯体上,而芯体则通过三个沿圆周1200分布的钢球安放在三对触点上,当测杆没有受到测量力时,芯体上的钢球与三对触点均保持接触,当测杆的球状端部与工件接触时,不论受到X、Y、Z哪个方向的接触力,至少会引起一个钢球与触点脱离接触,从而引起电路的断开,产生阶跃信号,直接或通过计算机控制采样电路,将沿三个轴方向的坐标数据送至存储器,供数据处理用。
  (2)静态测头
  三坐标的静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外,还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三维几何量传感器,在测头与工件表面接触时,在X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出,从而驱动伺服系统进行自动调整,使测头停在规定的位移量上,在测头接近静止的状态下采集三维坐标数据,故称为静态测头。静态测头沿工件表面移动时,可始终保持接触状态,进行扫描测量,因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高,可以作连续扫描,但制造技术难度大,采样速度慢,价格昂贵,适合于高精度测量机使用。
  (3)光学测头
  在多数情况下,三次元测量仪的光学测头与被测物体没有机械接触,这种非接触式测量具有一些突出优点,主要体现在:
  1)由于不存在测量力,因而适合于测量各种软的和薄的工件;
  2)由于是非接触测量,可以对工件表面进行快速扫描测量;
  3)多数光学测头具有比较大的量程,这是一般接触式测头难以达到的;
  4)可以探测工件上一般机械测头难以探测到的部位。
  近年来,光学测头发展较快,目前在三次元测量机上应用的光学测头的种类也较多,如三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、接触式光栅测头等。    
  (二)测头附件    
  为了扩大测头功能、提高三次元的测量效率以及探测各种零件的不同部位,常需为测头配置各种附件,如测端、探针、连接器、测头回转附件等。
  1.测端         
  对于接触式测头,测端是与三坐标被测工件表面直接接触的部分。对于不同形状的表面需要采用不同的测端。
  2.探针     
  探针是指可更换的测杆。在有些情况下,为了便于测量,需选用不同的探针。探针对三坐标测量机的测量能力和测量精度有较大影响,在选用时应注意:
  1)在满足测量要求的前提下,探针应尽量短;
  2)探针直径必须小于测端直径,在不发生干涉条件下,应尽量选大直径探针;
  3)在需要长探针时,可选用硬质合金探针,以提高刚度。若需要特别长的探针,可选用质量较轻的陶瓷探针。
  3.连接器
  为了将探针连接到测头上、测头连接到回转体上或三次元测量机主轴上,需采用各种连接器。常用的有星形探针连接器、连接轴、星形测头座等。
  4.回转附件
  对于有些工件表面的检测,比如一些倾斜表面、整体叶轮叶片表面等,仅用与三坐标测量机的工作台垂直的探针探测将无法完成要求的测量,这时就需要借助一定的回转附件,使探针或整个测头回转一定角度再进行测量,从而扩大测头的功能。

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