坐标测量技术VIP

三坐标测量技术,第二章坐标测量机的结构,2,第四章坐标测量机的软件,4,5,提纲,1.概述,1.概述（续）,通过运转探测系统，测量工件表面空间坐标的测量系统。(ISO10360-1:2000),1956年英国Ferranti公司，第一台坐标测量机的出现(光栅的出现)1963年，DEA推出大型机(2500 x1600 x600mm)1972年，Renishaw推出接触式触发测头1973年，ZEISS、Leitz推出扫描测头1974年，Brown摩擦轮的质量、安装、磨损影响测量机精度；电机及摩擦轮的温度会影响导轨精度，进而影响测量机的精度；此类传动中电机、减速器及摩擦轮均为运动部件，这部分的质量会降低测量机的动力性能。,2.3.3.4固定钢带传动,2.3.3.4固定钢带传动（续）,2.3.3.5直接摩擦传动,直接摩擦传动的结构：此类传动中摩擦轮直接与Z轴或水平臂接触；在Z轴或水平臂两侧，一侧为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹紧轮，电机及摩擦轮均装在固定部件上,运动时摩擦轮转动带动Z轴或水平臂运动。直接摩擦传动的特点：摩擦轮直接与Z轴或水平臂接触，要求主付轮对Z轴或水平臂有一定的压紧力用于传动，而又要求摩擦轮不会使Z轴或水平臂发生较大的横向变形，以免影响精度。摩擦轮轴线应与运动方向垂直又要与Z轴或水平臂表面平行，否则，会引起相应轴向的附加角度转动，影响精度。直接摩擦传动的优点：结构简单，刚性比转动钢带的结构要好，无钢带疲劳问题，但对摩擦轮的跳动、耐磨，摩擦系数均有要求，调整要求较高，适于中速轻载。直接摩擦传动的缺点：摩擦轮的质量、安装、磨损影响测量机精度；电机及摩擦轮的温度会影响导轨精度，进而影响测量机的精度；Z轴或水平臂的质量、安装、磨损也影响测量机精度，因此对Z轴或水平臂提出了耐磨的要求。,2.3.3.5直接摩擦传动（续）,固定杆传动的结构：此类传动中摩擦轮直接与杆接触；在杆两侧，一侧为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹紧轮，杆的横截面可以是圆型或方型，若为圆截面的摩擦杆，则主动摩擦轮往往作成V型。固定杆传动的特点：杆有好的圆柱度及平直度，还要求表面的硬度及耐磨性，杆与轮的硬度应匹配，杆应保持与相应的导轨平行，摩擦轮要有足够的夹紧力，但又不应让杆受较大的横向变形，以免影响精度；对摩擦轮的跳动、耐磨、高摩擦系数均有要求。摩擦轮轴线应与运动方向垂直又要与杆表面平行，否则，会引起相应轴向的附加角度转动，影响精度。固定杆传动的优点：结构简单，刚性比钢带的结构要好，无钢带疲劳问题，调整要求较高，适于中速轻载。固定杆传动的缺点：摩擦轮及杆的质量、安装、磨损影响测量机精度，因此对杆提出了耐磨的要求；电机及摩擦轮的温度会影响导轨精度，进而影响测量机的精度；另外由于杆不能太长，此类结构只适用于中小型测量机。,2.3.3.6固定杆传动,2.3.3.6固定杆传动（续）,斜轮传动（转动杆传动）结构:在两个截面的每一个截面上各有三个圆周均布成一定角度的轴承，中心穿一圆杆，各轴承对圆杆均有相同的升角，轴承与圆杆形成了一个无槽滚珠丝杠，轴承的升角决定了螺距，传动时主动件为圆杆，它由电机直接或通过减速器带动转动（杆无轴向移动），带轴承的滑块连在传动对象上，杆转动时，各轴承按各自轴线自转而带动滑块,滑块只作轴向运动带动了传动对象；煞车时杆停止转动，靠杆与轴承的滑动摩擦制动。斜轮传动的特点：杆的跳动及与导轨的平行度会影响传动；各个轴承升角必须一致，否则会影响传动的均匀性。斜轮传动的优点：结构简单，改变轴承的升角等于改变了传动比，有的情况下可以省去减速器。斜轮传动的缺点：由于杆转动速度不能太高，杆也不能太长，因此只适用于小型低速测量机。,2.3.3.7斜轮传动,2.3.3.7斜轮传动（续）,啮合传动的特点：传动不是靠摩擦力，而是靠接触面的推动，因此就不存在打滑的问题。啮合传动的分类：齿轮齿条、柔性齿条、同步带、滚珠丝杠。,2.3.3.8啮合传动,齿轮齿条传动的结构：电机减速器带动小齿轮转动，此组件与运动部件连接，齿条一般固定不动，如下图所示。齿轮齿条传动的特点：齿条、齿轮的精度极大影响传动质量，周节误差会引起周期性的振动，安装中齿条要与相应导轨平行。齿轮齿条传动的优点：可以拼接加长使用，理论上讲，长度不受限制，传动刚性好，不会打滑，选择合适的模数及种类可应用于大型、高速、重载的测量机。齿轮齿条传动的缺点：过载时可能蹩坏齿牙；成本略高。,2.3.3.9齿轮齿条传动,柔性齿条传动的结构：将同步带两端固定，电机减速器装在运动部件上，带动小齿轮转动因而使运动部件移动；为保证足够的包角产生足够的传动力，需要两个压紧轮，如下图所示。柔性齿条传动的特点：齿条安装简单，可直接安在主轴上，找正要求稍低。柔性齿条传动的优点：比固定齿条噪音低，齿条不需要拼接，成本不算太高。柔性齿条传动的缺点：电机柔性齿条在小齿轮处受反复弯折，受疲劳载荷，影响齿条寿命；带轮结构比较复杂，传动装置靠近导轨，它的热量会影响导轨精度。,2.3.3.10柔性齿轮齿条传动,2.3.3.10柔性齿轮齿条传动（续）,同步带传动的结构：和皮带传动近似，但因为有齿，属于啮合传动。同步带传动的特点：新型的同步带是中间穿钢丝的，大大改善了同步带的刚性，外复盖的橡胶又与钢丝互为阻尼，防止了单一的自振频率；安装时同步带的运动应平行于相应导轨，而与运动件的连接不应影响带的横向变形。同步带传动的优点：结构简单、不易打滑、噪音低、成本不高。同步带传动的缺点：长度不能太长，因此适用于中小型测量机。,2.3.3.11同步带传动,滚珠丝杠传动的结构:电机减速器输出轴通过连轴器与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠螺母与运动物体连接。滚珠丝杠传动的特点:必须考虑减速器轴与丝杠的同轴度；滚珠丝杠与导轨的平行；滚珠丝杠螺母与运动物体的连接及干涉；螺母与丝杠间隙的调整影响测量机的动、静态性能包括摩擦力及回差，它的调整必须与控制系统配合。滚珠丝杠传动的优点：很强的传动刚性，改变螺距可以改变速比。滚珠丝杠传动的缺点：成本比较高，调试比较复杂，由于丝杠转动，不能太长，故只用于中小型机。,2.3.3.12滚珠丝杠传动,导轨与轴承,2.4导轨与轴承,导轨的作用：是保证机器平稳、高精度运动的关键。导轨的类型：1）气浮导轨2）直线滚珠导轨气浮导轨的行状：1）矩形导轨2）三角形导轨3）燕尾型导轨,2.4导轨与轴承（续）,气浮导轨工作原理：气浮导轨的核心是空气轴承。利用空气轴承小孔r1节流形成气腔内的高压P0，在导轨和空气轴承间形成具有一定承载能力和刚性的薄膜h。空气轴承的性能有要求：承载能力，承载刚性（气浮间隙每变化一微米承载能力的变化），耗气量，抗气振能力。对超高精度测量机，气浮间隙及气腔压力的稳定至关重要。,2.4.1气浮导轨,气浮导轨的优点：具有无磨擦及无磨损的特性，由于匀差效应，运动的局部直线度及角度摆动能较小，精度较高的测量机一般采用气浮导轨。,2.4.1气浮导轨（续）,2.4.1气浮导轨（续）,采用直线滚珠导轨的优点：省去全套压缩空气设备及气动控制组件，成本较低，适于应用无气源的环境；刚性较好，承载能力强；比简单的滚珠轴承来讲，受个别滚珠疵瑕的影响要小，有一定的匀差效应采用直线滚珠导轨的缺点：由于钢球及导轨原因，该结构的测量机精度稍低,摩擦力较大；另外它的安装、调整找正对整机的性能的影响亦较大。,2.4.2直线滚珠导轨,测量机的平衡机构,2.5测量机的平衡机构,平衡机构的作用：垂直轴测量机的Z轴或水平臂测量机的水平臂及滑架组件，由于重力作用会下掉，必须有机构加以平衡，使它处于随遇平衡状态。平衡机构的种类：1）重锤平衡2）气动平衡3）用电机与高减速比的减速器来平衡。,2.5测量机的平衡机构（续）,气动平衡的优点：重量轻，没有大的晃动，对测量机精度影响小；气动平衡的缺点：必须细致地设计气动平衡及保护机构，平衡机构必须灵敏，在各种状态下迅速保持平衡，由于高加速度,启动和仃止时气缸中气压瞬时过压和欠压都会引起振动,因此必须用高灵敏度的精密调压阀。,2.5.1气动平衡,平衡机构的保护机构必须保证在任何情况下，主轴不会下坠，特别是突然通气和断气的时候要防止轴或水平臂的坠落，这一般由压力开关、电磁阀等气动元件来完成。气路系统必须满足下述逻辑:开气平衡气缸通气,Z向空气轴承仍抱紧Z轴空气压力超过平衡压力并有一定安全值,Z向空气轴承放开Z轴,气缸在平衡压力值保持平衡;关气或意外断气压力下降到安全值,Z向空气轴承抱紧Z轴,气缸在平衡压力值仍保持平衡压力下降到平衡压力以下甚至到零,Z向空气轴承抱紧Z轴。要防止气缸杆与轴导轨不平行对轴运动的干涉。,2.5.1气动平衡（续）,重锤平衡的优点：构造简单，其原理类似滑轮，一端为主轴，一端为平衡重量，构造可靠，除非连接钢丝绳断裂，一般不会出安全问题；重锤平衡的缺点：加大了移动部分重量，当配重上升下降到不同位置时，会影响到测量机性能，特别是配重与导轨的间隙，影响运动的平稳性，因而影响精度。,2.5.2重锤平衡,2.6坐标测量机21项误差,21项误差：每轴六项，分别是三个角度误差（角摆、俯仰、自转）两个直线度误差一个位置度误差；三个垂直度误差。,2.6.1坐标测量机的验收指标,测量机的精度表示及检测规范：MPEE，E：五块量块，七个方向，量三次MPEp，P：二十五点测球，P=rmax-rmin,MPEE,MPEP,长度测量最大允许示值误差,最大允许探测误差,2.6.2坐标测量机21项误差,21项误差：每轴六项，分别是三个角度误差（角摆、俯仰、自转）两个直线度误差一个位置度误差；三个垂直度误差。,2.6.3坐标测量机的验收指标,测量机的精度表示及检测规范：MPEE，E：五块量块，七个方向，量三次MPEp，P：二十五点测球，P=rmax-rmin,MPEE,MPEP,长度测量最大允许示值误差,最大允许探测误差,3.坐标测量机测头及控制系统,坐标测量机测头及控制系统,3.1手动型坐标测量机控制系统,计算机（测量软件）,细分器,细分器,细分器,测头控制器,测头,计数卡,X轴光栅,Y轴光栅,Z轴光栅,3.2自动测量型坐标测量机控制系统,计算机（测量软件）,细分器,驱动器,T,X轴,细分器,驱动器,细分器,驱动器,M,T,M,T,Z轴,Y轴,测头控制器,测头,M,控制器,光栅,光栅,光栅,操纵盒,3.3控制原理框图,3.4数控系统的组成,计算机（测量软件）,细分器,驱动器,T,X轴,细分器,驱动器,细分器,驱动器,M,T,M,T,Z轴,Y轴,测头控制器,测头,M,操纵盒,控制器,光栅,光栅,光栅,3.5运动轨迹控制系统框图,控制器,驱动器,电机,机械传动部件,位置测量,测速机,手操杆,CNC程序,3.6三坐标测量机测量流程,4.坐标测量机的软件,4.1测量软件的评价体系,4.2零件装夹,夹具装夹时主要考虑的问题稳定性；可重复性；方便性；考虑零件的变形影响。,4.3建立零件坐标系,1、六个矢量点：遵循“3-2-1”原则三个矢量点确定平面法线矢量找正一个轴向；要求三个点矢量方向近似一致；两个矢量点确定直线方向旋转确定第二轴；要求两点方向近似一致，并且此两点的连线与前三点方向垂直；一个矢量点原点；要求与前三点方向和四、五两点连线垂直。2、三个圆（球）：遵循“3-2-1”原则任意位置的圆:三个圆找正两个圆旋转一个圆原点用此方法时需要注意的是当圆参与迭代法建立零件坐标系时，测量时“起始”、“永久”参数必须为3，即必须采集圆所在表面三个样例点。3、五个矢量点一个圆/三个矢量点两个圆/三个矢量点一个圆一个圆槽用此方法时需要注意的是圆和圆槽必须采集样例点，而且圆槽不能用作原点，只能用来旋转。,4.3建立零件坐标系（续）,4.3建立零件坐标系（续）,4.3建立零件坐标系（续）,4.3建立零件坐标系（续）,4.3建立零件坐标系（续）,4.3建立零件坐标系（续）,4.4逆向工程,逆向工程解决了在只有一个实物样品或手工模型，没有CAD资料的情况下，利用逆向工程工具，把原始CAD资料还原出来。,点云缝合,点云处理,构架曲线,CAD模型,网格化,点云采集,4.4逆向工程（续）,4.4逆向工程（续）,PH10M/MQ,电脑系统,PH10/PI200控制器,CMM控制柜,系统兼容性：LOG02板具备扫描功能的B3C系列或FBII控制柜,V4ix控制器,网线通讯,V4ix控制器,4.5系统兼容性,4.6V4ix软件支持系统,工件,PCDMIS-LASER,Scanworks,点云数据,Studio,Nurbs模型,3D软件,PCDMIS-LASER,Qualify,CAD模型,扫描,Polyworks,Polyworks,RE逆向,检测,4.6V4ix软件支持系统（续）,原始点云采集,套索处理,4.6V4ix软件