三坐标测量机测针更换架设计研究和设计

1、.wd.wd.wd. 中国计量大学本科毕业设计论文三坐标测量机测针更换架研究与设计The research and design of CMM probe change学生姓名 林柯楠学号1200201105学生专业 测控技术与仪器 班级 测控1班 系 计量测试工程系 指导教师 李雁飞中国计量大学2016年6月 郑 重 声 明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进展研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出奉献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论

2、文的知识产权归属于培养单位。 学生签名： 日期：分类号： TP368.12 密 级：公开 UDC： 62 学校代码：13292中国计量大学 本科毕业设计论文三坐标测量机测针更换架研究与设计 The research and design of CMM probe change作 者 林柯楠学 号 1200201105 申请学位工学学位 指导教师李雁飞学科专业测控技术与仪器 培养单位中国计量大学 辩论委员会主席 王月兵 评 阅 人2016 年 06月 致谢本人的论文由于工作原因在大都在校外完成，而且因为设备、地点和时间等问题我请求导师让我自选题目。在工作期连续断续续赶着论文的进度，导师和室友也时

3、常关心我的论文进度并给我提供了尽可能的帮助。我的论文在李雁飞导师的亲切关心下和悉心指导下已接近尾声，从我自己确定课题到最终完成，导师都在跟进我的进度，对我的格式进展纠正，给予我帮助。在此谨向李教师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进展下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。 最后，四年大学生活即将完毕，回忆几年的历程，教师们给了我们很多指导和帮助。他们严谨的治学，优良的作风和敬业的态度，为我们树立了为人师表的典范。在此，我对所有的测控学院的教师表示感

4、谢，祝你们身体安康，工作顺利! 三坐标测量机测针更换架研究与设计摘要：为满足三坐标测量机对工件实现全自动高效测量，测针更换架是必不可少的。测针更换架实现了通过软件参数设置使三坐标测量机在测量程序中途实现自动换测针的功能。正因为要实现自动高效，所以对测针更换架的构造、安装和校验有着很高的要求，来尽可能防止自动测量程序时的撞针、卡针的现象。所以，在这里探讨一下一般测针更换架的设计、安装要求以及本人所新设计的设想和方案。新设计的测针更换架不同于常规直线型，采用旋转型构造设计理念，内部构造运用伺服电机驱动配合PLC及软件来实现角度的准确控制，以到达高效换针的目的。同时比照各自的构造的好处和优点，以及它

5、们缺乏的地方。关键字：三坐标测量机 测针更换架 直线型 旋转型 伺服电机 PLC 角度 The research and design of CMM probe changeAbstract：to meet the three coordinate measuring machine to realize efficient measurement of workpiece, the probe change is necessary.The probe change frame to achieve the parameter is set by the software make thre

6、e coordinates measuring machine in measuring process can realize the function of automatic measuring probe change.in order to realize automatic and efficient, so the probe change frame structure, installation and calibration have high requirements, as much as possible to avoid crashing probe during

7、automatic measurement program.Here to explore the general probe change frame design, installation requirements and I have a new design ideas and solutions.New design of the probe to replace the conventional linear and rotary type structure design idea, the internal structure of using servo motor dri

8、ver with PLC and software to realize the accurate control of Angle, to achieve the goal of high efficiency in the probe.At the same time, comparing their benefits and advantages of the structure, and their insufficient place.Key words: three coordinates measuring machine The probe change linear mode

9、l rotation Angle PLC servo motor目次TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc13479 摘要： PAGEREF _Toc13479 I HYPERLINK l _Toc20358 目次 PAGEREF _Toc20358 III HYPERLINK l _Toc23064 1 绪论 PAGEREF _Toc23064 1 HYPERLINK l _Toc2754 1.1 研究背景 PAGEREF _Toc2754 1 HYPERLINK l _Toc8657 1.2 三坐标测量机的研究意义 PAGEREF _Toc8657 3 HYPERLI

10、NK l _Toc21228 1.3 三坐标测量机国内外研究现状 PAGEREF _Toc21228 4 HYPERLINK l _Toc18549 1.4 三坐标测量机的未来与展望 PAGEREF _Toc18549 5 HYPERLINK l _Toc19002 1.5更换架研究意义 PAGEREF _Toc19002 6 HYPERLINK l _Toc26361 2. 三坐标测量机测针更换架设计 PAGEREF _Toc26361 7 HYPERLINK l _Toc3841 2.1 直线型测针更换架设计 PAGEREF _Toc3841 7 HYPERLINK l _Toc11979

11、 2.2 旋转型测针更换架设计 PAGEREF _Toc11979 9 HYPERLINK l _Toc4025 2.2.1 构造设计思想： PAGEREF _Toc4025 9 HYPERLINK l _Toc21563 2.2.2 吸盘和转轴的链接设计： PAGEREF _Toc21563 9 HYPERLINK l _Toc6212 2.2.3伺服电机: PAGEREF _Toc6212 10 HYPERLINK l _Toc301 2.2.4 PLC运用： PAGEREF _Toc301 12 HYPERLINK l _Toc10839 2.2.5 伺服驱动器与PLC的结合 PAGER

12、EF _Toc10839 14 HYPERLINK l _Toc14941 2.2.6整体设计： PAGEREF _Toc14941 15 HYPERLINK l _Toc559 3. 结论 PAGEREF _Toc559 16 HYPERLINK l _Toc13242 3.1旋转型测针更换架的优缺点 PAGEREF _Toc13242 16 HYPERLINK l _Toc29185 参考文献 PAGEREF _Toc29185 171 绪论1.1 研究背景随着人们制造业的迅速开展与生活水平的迅速提高，尤其是在包括模具、机械、汽车、航空航天、电子工业等领域，各种各样复杂零件的制造和生产需要

13、采用更为先进而高效的检测方式；同时就为了面对全球化日趋严重的同业竞争压力，如今生产现场往往非常重视若何提高加工效率，同时降低生产成本，但是更为关键的就是若何生产出高质量的产品，以此来降低生产制造的废品率。因此，当代工业就必须实行更为严格的质量管理体系，因为只有在保证高质量生产的条件下，制造业才能更加开展得平稳一些。为了确保生产出的零件产品性能符合要求与尺寸合格，必须对产品进展更为准确而严格的测量。恰巧三坐标在当代工业背景下出现，并且迅速开展和日趋完善，它诠释了三维空间测量的技术，如今与三坐标测量机相关的产业也渐渐开展壮大起来。以下几点因素为空间三维测量奠定了根基并加速其完善过程。(1).如今很

14、多工件的测量需要运用空间三维测量的技术与方法，传统的测量方法已经无法满足生产需求，不光在测量精度与测量方法上而言，传统测量渐渐被淘汰。传统测量是指用传统测量工具如游标卡尺、千分尺等进展尺寸测量，它们属于相对测量，因为测量的时候基准面为加工面，而不是直接的主轴基准，是一种中间过度基准，再加上传统测量工具本身精度不高，同时存在较大的人为测量操作随机性误差，此等诸多因素造成了测量结果的不是很精准；另外一方面传统测量工具有许多限制因素，例如量程小、以及受到工件尺寸形状的限制，许多测量任务用传统测量工具进展测量的话，并不能够实现或者相当复杂，而且测量所需时间较长。(2).由于机械加工、数控机床加工以及自

15、动流水加工线的蓬勃开展，生产节奏的飞速加快，加工零件的时间迅速缩短，从长周期缩短到几分钟甚至几秒钟，因此应对这一要求，检测的速度也要跟上脚步。比方汽车和摩托车等行业都采用流水生产线方式进展生产和装配，每辆车上有几千甚至上万个零件，它们 基本上由各自供应商提供，然后统一发往装配中心进展车辆的整装装配，一辆完整车辆的产生只需要花上几分钟的时间，这样的方法在生产质量环节上更容易监控。(3). 在当代社会制造产品的过程中，许多产品依靠CAD数学模型在数控机床上制造完成的，传统测量无法在成品完成时去制造的CAD尺寸进展比对，所以此时就需要运用三坐标测量机。三坐标测量可通过软件直接在CAD模型上获取测量参

16、数，通过测量获得准确的坐标测量结果，也可通过软件输出报告，各类报告格式满足不同的需求，使得数据与图形相结合，更为直观得了解测量结果。(4). 如今在制造的过程中也要时常穿插着中间测量，以此来监控生产制造质量，因此在普通生产车间，高精度测量机缺乏以满足其测量环节。考虑到零件的复杂性和多样性，往往要选取不同类型的测量机甚至定制的测量专机进展检测。(5). 逆向生产以及产品尺寸复现的需要，有些生产活动中，客户所提供的工件并没有图纸，或者某一尺寸并没有标注，尤其是一些曲面轮廓度的数据。此时就需要运用到三坐标测量技术中的扫描技术，进展对相关尺寸的复现。1.2 三坐标测量机的研究意义 从第一个大型三坐标测

17、量机的问世以来，已经走过40多年的时间，三坐标测量机已经开展成了一种通用性强、高效率的新型精细测量机。三坐标测量机在机械制造、电子、汽车与航天等各大领域，成为了一种不可缺少的检测工具，它能够对零件和部件的尺寸、形状还有相互位置进展检测与评价，例如复杂的叶片、缸体、凸轮等空间型面的测量，它也能对产品的曲面进展扫描，这是传统工具无法做到的测量手段，能够连续扫描以及制备数控机床的加工程序等。机械主体、测头系统、控制系统和测量软件这四个根基局部构成了三坐标测量机。三坐标测量机的出现标志着测量从传统的手动测量到现代化自动测量时代的过渡，具有里程碑意义。以下采用三坐标测量机空间测量技术的几个优点是传统测量

18、所无法对比的。.解决了那些复杂形状与其外表轮廓尺寸的测量，例如各类箱体零件的孔径与孔的位置、叶片与齿轮、汽车与飞机等复杂外部轮廓尺寸的检测与复现。(2).提高了三维测量的精度。如今单轴精度最高的三坐标测量机，每米长度内可使得误差控制在0.3um以内，三维空间精度最高也可达0.5um-1um。而相比那别用于生产车间检测用的三坐标测量机如关节臂、机械臂等，每米测量精度单轴也可达2um-3um。(3).三坐标测量与其他生产制造工具兼容性强，可与各类加工中心组成生产加工线或者各类柔性制造系统。，产生一些机械臂式测量机以及定制的测量专机，加快了自动化生产线的生产能力。(4).多亏了三坐标测量机精度不断提

19、高和机械自动化程度的不断提高，促成了空间三维测量技术的进步，极大地改善了测量效率与测量准确度，为制造节省了珍贵的时间。自引入电子计算机以后，不但加快了数据处理，而且可以完成CNC的控制功能，可极大地缩短测量时间。1.3 三坐标测量机国内外研究现状 现今国内外的应用都已相当普遍，三坐标测量机的产业也趋于成熟稳定，如今在我国销售的三坐标测量机也在全球范围内位居首位。目前，国内外生产三坐标测量机的厂家快速壮大，测量机的品种和型号也日益完全。其用途主要用于中小型配件、汽车、航天、机床、模具等行业中的箱体、机架、齿轮、凸轮、叶片、曲线、曲面等复杂尺寸的测量与评估，还运用于电子、五金等行业，进展尺寸、形位

20、公差等评价。机械技术、光学技术运用许多光学测头与光栅尺等、以及计算机技术集成了高精度测量技术，三坐标测量机通用箱极强，在各类测量领域都能发挥出很大的测量作用，它拥有测量范围大、测量性能稳定和测量效率精准且效率高等优点。仅仅过了几十年的时间，三坐标测量机就已经取得了飞速的开展，至今己经历了以下三个开展阶段:.手动数显打印型:在几何测量领域广泛使用，手动测量，采用数字显示，此类测量机也可打印测量结果。但虽然解决了测量结果输出问题，但其没有运算系统，最终结果仍然需通过人为计算给出。例如该测量机在测量一个孔径时，得到的是各点x，y坐标值，需要通过人为计算出孔的大小，人为工作量巨大，效率低下，所以在现今

21、阶段已经被淘汰。(2).手动型：此类测量机与上述测量机相比，自带有小型计算机。通过测量机数据的采集，能够输出测量结果，在数据经过计算机处理后。有了电子计算机的功能以后可进展许多数据的自动校准计算、坐标系变换、孔心距测量等工作。此类测量机也可通过计量软件储存一定量的数据，通过计量软件的数字模型，也可对曲线曲面等轮廓进展扫描测量。此类三坐标测量机可手动测量，也可自动测量，属于半自动测量机。(3).计算机数字控制型CNC：上述测量机虽然带有小型电子计算机，通过其数据处理能获得输出值，但是在测量环节上有时仍需要通过手动或者机动。对一些特殊大型号零件，很难通过手动方式去采点，而且人为因素影响测量结果较大

22、。而且一些薄壁零件，在测量的时候对测力也有一定要求。就这样，计算机数字测量机为解决这一难题而问世。这种测量机可按照已经编制好的测量程序进展全自动测量。计算机通过软件读取测量程序，经过信息处理，通过控制柜，然后再由控制柜将指令发送至驱动器使三坐标坐标轴移动，实现全自动化的测量过程，并能够将测量结果输入计算机，按尺寸测量的要求进展数据处理，最终生成所需要的报告文件。1.4 三坐标测量机的未来与展望 各种先进的制造工艺与技术、科学实验要求的需要以及工程工程的要求使得三坐标测量机在软件和硬件方向上更加完善和开展，因此各家测量机生产厂商需要不断提升自己的产品质量和要求来满足生产生活上的需求。以下几方面是

23、需要渐渐突破的技术难关，在各类意义上能够革新空间三维测量技术。(1). 普及高速测量：6毫无疑问的是，质量和效率一直是衡量一个机器性能、生产过程好坏的重要指标。传统测量在于慢而稳，但随着生产检测技术的开展，节奏越发加快。在用户要求测量时间短的前提下，测量机对结果又保持着良好精度，这样对CMM的技术要求就更为严格。(2). 新材料和新技术的应用：为确保可靠高速的测量功能，同时高精度测量机对环境要求对比严格，为了改善其机械构造的性能，许多国外大厂开场从机械主体的材料上进展革新。 许多大型生产三坐标测量机的制造厂商，很多都采用了特殊金属材料来构成测量机上的运动构造部件，比方重量轻、刚性好、导热性强的

24、铝或钛合金材料。拥有良好导热的材料极大程度改善了三坐标测量机由环境造成的线膨胀，从而提高了精度。(3).控制系统的改进：现代的制造系统，不再局限于成品验收检验，不单单是分析计算机指令并给与输出信号。整个控制系统必须要开放式，能够读取出多元化的信息，从这以要求出发，控制系统需具备更大的柔性，使控制系统能够高效分析出各项指令。为此，要尽可能利用迅速开展的电子工业技术，使控制系统做到更小更精，更具性价比。(4). 测量机测头的开展：三坐标测量机除了保证单轴的直线度与三轴的位置度以外，测头内传感器的精度也是三坐标测量机测量精度的关键所在，也是核心技术所在。与其他各项技术指标相比，提高测头的性能指标难度

25、最大。传感器技术的开展是测头革新的关键。如今已经由单点式触发测头衍生出扫描测头，该测头支持高频采点，大大加快了扫描的效率和结果的准确性。当代技术的开展，归根到底是数据的采集与运用，因此传感器技术的技术开展牵动着各行各业的开展。(5). 软件技术的革新：测量软件是人机互动环节的关键，测量机的主要功能由测量软件去实现。测量机的每一项技术开展，软件必须跟上脚步。软件的革新与优化稳定也极大加快了计算机的信息处理。在当代信息时代，可以说软件是当代开展最快的技术，同时也是很重要的技术，它的开展使得三坐标更加智能化。它至少包括了测量程序的编程，测量任务的优化以及故障诊断等方面的内容。(6).配套工具的使用与

26、革新：测针更换架的改善，能够加快自动测量时三坐标测量机的换针效率，降低撞针的概率。转台的改善，实现对零件的正反面测量。夹具工装的改进，满足不同类型的零件固定要求。1.5更换架研究意义随着人们制造业的迅速开展与生活水平的迅速提高，尤其是在包括模具、机械、汽车、航空航天、电子工业等领域，各种各样复杂零件的制造和生产需要采用更为先进而高效的检测方式；同时就为了面对全球化日趋严重的同业竞争压力，如今生产现场往往非常重视若何提高加工效率，同时降低生产成本，但是更为关键的就是若何生产出高质量的产品，以此来降低生产制造的废品率。因此，当代工业就必须实行更为严格的质量管理体系，因为只有在保证高质量生产的条件下

27、，制造业才能更加开展得平稳一些。为了确保生产出的零件产品性能符合要求与尺寸合格，必须对产品进展更为准确而严格的测量。恰巧三坐标在当代工业背景下出现，并且迅速开展和日趋完善，它诠释了三维空间测量的技术，如今与三坐标测量机相关的产业也渐渐开展壮大起来。在利用三坐标测量机进展某些复杂零件的全自动检测时，有时候往往单个测针不能满足测量需求，故要在测量的时候为测头更换不同的测针。为实现测量机整个运行时期的全自动化，所以要设计出适宜的测针更换架来配合PC软件使用来实现三坐标测量机的全自动化，使三坐标测量机在测量复杂零件时例如汽车气缸等进展高效并且迅速检测，不需要人为操作。一个优秀的测量机测针更换架会加快测

28、量机换针效率，同时可以降低PC软件的编程压力，而且一个优秀的构造设计可以降低在更换测针时测头与更换架相撞的几率，同时加快换针效率。2. 三坐标测量机测针更换架设计2.1 直线型测针更换架设计国内外现今采用最多运用最广的测针更换架为直线型，材料诸多为陶瓷或者碳化硅以及高品质不锈钢作为材料。目的是为了让更换架有更高的稳定性，提高换针的重复性和更换架自身的寿命。直线型测针更换架款式也分为多种，有单排型和阶梯型多层型等来满足测针数量的要求。在品质要求上有严格的直线度要求，一般要求直线度小于10um，测针吸盘与更换架之间有良好的配合间隙，要求两者之间相对稳定，不能有过大的间隙使吸盘在测量机换针的过程中产

29、生上下浮动的松动现象。而且直线型的测针更换架在安装在工作台的时候也有很高的要求，其槽线应与被安装的工作台轴线保持高度平行。同时在拧六角螺钉时，用的力度要适宜，不可过大或者过小。直线型测针更换架在校验的时候步骤对比多，也容易出错，对操作者有较高的要求。以下是直线型测针更换架的分类：图2.1-1以软件pc-dmis中校准和配置直线型测针更换架为例 配置测针参数 先要确定你将要把测针放进的仓位比方是1、2、3与取出时置放的仓位比方是4、5、6 在放进时要注意设置测针X、Y、Z值，这个需要目测以及你自己的经历来判断，取出时也同样需要设置。这个XYZ值，需要你反复的运行来进展修改，以到达最适宜的数值。

30、假设：初始姿势A0B0置放6号仓位，1号仓位为1号针，2号仓位为2号针 。 假设你有2个针需要互换，那么设置好一个取出仓位时，那么必须要同时设置一个放入仓位顺序为先放入再取出比方当初始姿势为A0B0时换针：放入6取出1号针，这样那么为1号针的一个命令组；换针时，放入1取出2号针，这样那么为2号针的一个命令组放入2号仓位取出6号仓位 在换针的过程中，假设测头默认设置成未加载测针，执行换针程序的时候，测头会自动去取更换架中所定义的测针。然后在更换测针的时候，测头会先放回该测针，然后再去拿取另外一个测针。这种测量机拿放测针的过程，完全由测量机单一运动进展，测头所经过的路程较长。2.2 旋转型测针更换

31、架设计2.2.1 构造设计思想： 存放测针的吸盘和吸盘之间采用圆周式摆放，即许多吸盘通过转接一个旋转轴能够围绕旋转轴旋转。旋转轴与伺服电机相连，通过PLC和软件来准确控制旋转的角度。不同于直线型测针更换架，旋转型测针更换架能够实现在相对固定的工作台空间进展不同测针的更换，即测针的取换位置相对固定。同时在设计上可以在转轴上添加一个标准球，用于实现测针更换架在工作台上的粗定位。2.2.2 吸盘和转轴的链接设计：将吸盘与转轴视为一个模块整体。可设计出不同规格的型号产品。例如设计一个带个4个吸盘的座架子，吸盘轴向与中心转轴链接相互成90，围绕转轴在同一水平面上一个6吸盘架子那么成60。具体设计方案如图

32、2.2.2-1以4吸盘座架为例图2.2.2-12.2.3伺服电机:伺服电机是一种可执行的补助间接变速装置的机械元件，它能够在伺服系统中掌控转轴运动的发动机。对于转轴的速度、位置的准确掌控是伺服电机的特性，同时伺服电机的最大控制特点是闭环控制系统。电机的转子在内部的转速受到外部电压信号的控制，并且响应速度非常快，在一般的自动控制系统当中伺服电机是系统中的执行元件，它拥有时间常数小、线性度高和稳定等良好特性。在电机运作的时候，伺服电机把电信号转化为转轴上的角位移或者角速度的形式输出。直流电机和交流电机是伺服电机的两大类别，它们的主要特点是，当电信号电压为0的时候，伺服电机转轴并不会发生自转，而且转

33、速会跟随着转矩的增加逐渐下降。在这里举一个简单的伺服电机运用例子，图中的R1与R2是运用惠斯登电桥相连而成的。启程电路是由LM378双路4瓦功率放大器构成，同时也以电桥链接的形式构成差分放大电路。当RV2的变化的时候，电桥的平衡将被打破，使得RV1与RV2两个电位器之间产生差分电压，并且通过放大电路放大后送至电机。此时电机将进展转动，然后拖动电位器RV1到新的位置，使电桥重新到达新的平衡的时候，电机将停顿转动。所以说，RV1是跟踪了RV2的变化。图2.2.3-1数字比例遥控系统是伺服电机的最好类型之一。实际上集成电路、伺服电机、减速齿轮盒电位器机构构成了数字比例遥控系统。图2是这种系统的方块图

34、。假定驱动电路的输入信号为周期为15ms而脉冲宽度为12ms的脉冲信号，以此来控制伺服电机输出的位置，再通过改变输入脉冲的宽度，例如：1ms脉宽，位置在最左边；1.5ms在中间位置，2ms在最右边的位置。图2.2.3-2每一个输入脉冲同时传输至三路。第一路电信号触发1.5ms脉宽的固定脉冲发生器。第二路电信号输入至上图中的触发脉冲发生器，最后一路电信号被送入脉宽对比电路。通过齿轮盒输出至RV1，控制可变宽度的脉冲发生器。经过这三个脉冲同时被送入脉宽对比器以后，能确定驱动电机的转动方向，另一脉冲被送给脉宽扩展器，用来控制伺服电机的转动速度，使得RV1驱动电机的机械位置输出时刻跟随输入脉宽的变化。

35、图3展示了四路数字比例控制系统的波形图。图2.2.3-3从图2.2.3-3中可以看出输入的串行数据，通过译码器别离出各路的控制信号。每一帧信号包含了4ms的同步脉宽，经过译码器后变成了4路有顺序的脉冲信号，信号宽度各不一样，译码器将这4路信号并行输出，这样就能够控制伺服电机了。2.2.4 PLC运用： 在日常工业生产的过程过，要实现自动化的生产加工与控制，经常要对工件的尺寸或者机械设备的机械移动距离进展精准的定位控制。有些种类的定位控制往往对速度没有很高的要求，仅仅为了实现控制对象按指令进入指定位置罢了，例如在加工过程中车刀位置的更换与转向，在传送带上实现自动上下料，控制传送带的运动时间等。在

36、此类定位控制系统的过程中，执行元件往往是伺服电机和步进电机，若何能够高效精准地去控制电机驱动从而实现准确的定位控制呢PLC可编程控制器就很简便得解决了这样的难题。可编程控制器在日常工业生产中用途非常广泛，功能非常强大灵活，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。运用PLC可编程控制器去实现电机的准确定位，从控制环节中设计方案去解决实际工业上的控制难题是学好PLC的关键，在PLC中给出设计思路，在生产中与电机联动去实现精准的定位控制具有很高的实用意义 1 .运动PLC的高速计数器指令和旋转译码器控制伺服电机，实现角度转动、线移动的准确定位1.1 系统工作原

37、理 在现代工业生产自动控制，运用PLC的高速计数器指令和译码器的相互配合，可实现准确定位和测量长度。如今，绝大多数PLC都具有高速计数器功能，例如西门子S7-200系列CPU226型PLC有6个高速计数器。高速计数器能够将脉宽小于PLC主机扫描周期的高速脉冲信号准确计数下来，不需要增加特殊功能单元的前提下就可以拥有处理频率高达几十或者上百上千kHz的脉冲信号能力。旋转译码器能够使电动机转轴的角位移转化成脉冲值信号。 运动PLC的高速计数器指令和旋转译码器控制伺服电机，实现角度转动、线移动的准确定位，其原理是由电动机转动轴上的光电译码器将电动机角位移转化为脉冲信号，再与PLC中所计数出来的脉冲信

38、号作比照，从而实现定位控制。每发一个脉冲信号带动电动机转动的角度与伺服电机的级数、驱动器电子齿轮比和配套译码器的线数设定值有关。假设译码器是10240的，那发每一个脉冲就代表电机转动了360/10240度，具体反映到减速机出轴的转动角度那么需要参照电子齿轮比来定。1.2 PLC的构造组成1中央处理器CPU CPU是PLC的核心部件，主要用来运行用户程序、监控输入/输出接口状态以及进展逻辑判断和数据处理。2存储器 可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大局部构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。3电源 PLC的电源是指为CPU、存储器和

39、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是构造化模块式PLC。内部主要有：CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯图2.2.4-12.2.5 伺服驱动器与PLC的结合图2.2.5-11.控制模式的选择 PA1-01 0 位置控制 1 速度控制 2转矩控制2.每转一周输入的脉冲数 PA1-05 50003.伺服ON PA3-26 1选取位置控制时可以对旋转角度进展准确控制。假设设定脉冲当量为0.001，那么发送1000个脉冲能够使电机转轴旋转一圈。也可设置成3600个脉冲为一圈

40、，如此一来10个脉冲使转轴转过1。比方用绝对位置来定位指令，那么旋转的角度就是相应的脉冲数，900脉冲为90，再输入1800会继续转过90成180，当继续输出90时，电时机逆方向转回90。2.2.6整体设计： 旋转型测针更换架底盘可以设计得较小点，可以防止占用过大的工作台空间。同时底盘可以设计成用一个内六角螺纹固定在工作台上。底盘上的内部固定一个伺服电机，连出两条线分别为电源线与通信线，通信线与三坐标测量机的控制柜相连。电机转轴与连接吸盘的转轴设计成键相连，形成可拆卸的式样，便于后期的维修、维护、保存。同时这样的设计也表达了多样性与互换性，如此能够设计出不同满足更换测针要求的旋转座架与底盘配对

41、，而不需要更换整一个测针更换架。结论3.1旋转型测针更换架的优缺点与直线型测针更换架相比，旋转型测针更换架的构造内参加了伺服电机的运用，同时与控制系统相连，所以构造和设计较为复杂，同时也需要测量软件的跟进与更新。参加了伺服电机，提高了更换架的成本，同时在控制和软件的设计上也变得更加麻烦。但是，旋转型测针更换架也有不少优点，相比于传统的直线型更换架，旋转型测针更换架在校准上更为方便，通过三坐标测针对更换价上面的测球打点可以实现粗定位，然后再打点确定测针吸盘位置。另外，在打点确定吸盘位置的过程中，只需要确定一个吸盘的位置因为旋转型测针更换架是通过改变吸盘位置，而三坐标测头相对于工作台并没有发生位置

42、改变，即相对工作台而言，换针的过程位置变动较小。旋转型测针更换架占工作台空间小，吸盘的位置也可按设计方案移动，为工作台腾出更大的空间。而这样不仅仅使空间面积更大，还减少了干预空间。在编程测复杂零件的自动测量程序中，减轻了编程者的压力。在换针头过程中，测头的位置变动较小，减少了测量机移动的距离，因此也提高了换针效率。直线型测针更换架在生产工艺上更加注重座架直线度要求和安装人员的安装要求，确保更换架高度，母线分别于工作台Z面、轴线平行以减少程序运行中撞针、卡针的概率。而旋转型更换架有效降低了这一要求，因此旋转型测针更换架在安装的时候并没有像直线型更换架那样严苛。总体比照而言，旋转型测针更换架成本更高，技术难度大。但是相较于直线型更换架而言，它最大的优点是安装要求低，换针效率高而有效降低了