技术分享 | 坐标测量机的系统组成

日期：2022-10-14 00:00 点击：8 属于：行业动态

“坐标测量机” 种类繁多、形式各异、性能多样，所测对象和放置环境条件也不尽相同，但大体上皆由若干具有一定功能的部分组合而成。主要可分为主机系统，测头系统，电气系统和软件系统四大部分。

作为一种测量仪器，三坐标测量机通过比较被测的量与标准量，并将比较结果用数值表示出来。因此，三坐标测量机需要3个方向的标准器(标尺)，利用导轨实现沿相应方向的运动，还需要三维测头对被测量进行探测和瞄准。此外，测量机还具有数据处理和自动检测等功能，需由相应的电气控制系统与计算机软硬件实现。

三坐标测量机可分为主机、测头系统、电气系统和软件系统四大部分。

主机

主机主要由：框架结构，标尺系统，导轨，驱动装置，平衡部件，转台与附件这些子系统构成。如上图所示。

框架结构是指测量机的主体机械结构架子。它是工作台、立柱、桥框、壳体等机械结构的集合体。根据 ISO 10360 国际标准《坐标测量机的验收、检测和复检检测》的规定，坐标测量机根据框架结构分为以下几类：

标尺系统是测量机的重要组成部分,是决定仪器精度的一个重要环节。三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杠、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。该系统还应包括数显电气装置。

导轨是测量机实现三维运动的重要部件。测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨,而以气浮静压导轨为主要形式。气浮导轨由导轨体和气垫组成,有的导轨体和工作台合二为一。气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气动装置。

驱动装置是测量机的重要运动机构,可实现机动和程序控制伺服运动的功能。在测量机上一般采用的驱动装置有丝杠丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动,并配以伺服马达驱动。直线马达驱动正在增多。

平衡部件主要用于Z轴框架结构中。它的功能是平衡Z轴的重量,以使Z轴上下运动时无偏重干扰,使检测时Z向测力稳定。如更换Z轴上所装的测头时,应重新调节平衡力的大小,以达到新的平衡。Z轴平衡装置有重锤、发条或弹簧、气缸活塞杆等类型。

转台是测量机的重要元件,它使测量机增加一个转动运动的自由度,便于某些种类零件的测量。转台包括分度台、单轴回转台、万能转台(二轴或三轴)和数控转台等。用于坐标测量机的附件很多,视需要而定。一般指基准平尺、角尺、步距规、标准球体(或立方体)、测微仪及用于自检的精度检测样板等。

测头系统

测头系统即是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受描准信号和微小位移,以实现描准与测微两种功能。测量机的测头主要有硬测头、电气测头、光学测头等，此外还有测头回转体等附件。测头有接触式和非接触式之分。按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的描准式测头、测微式测头。通常，我们经常简单地按照触发测头和扫描测头来分类。

触发测头(Trigger Probe)：又称为开关测头，测头的主要任务是探测零件并发出锁存信号，实时的锁存被测表面坐标点的三维坐标值。触发测头一般发出的为跳变的方波电信号，利用电信号的前缘跳变作为锁存信号，由于前缘信号很陡，一般在微秒级，因此保证了锁存坐标值的实时性。

扫描测头(Scanning Probe)：又称为比例测头或模拟测头，此类测头不仅能作触发测头使用，更重要的是能输出与探针的偏转成比例的信号(模拟电压或数字信号)，由计算机同时读入探针偏转及测量机的三维坐标信号(作触发测头时则锁存探测表面坐标点的三维坐标值)，以保证实时的得到被探测点的三维坐标，由于取点时没有测量机的机械往复运动，因此采点率大大提高，扫描测头用于离散点测量时，由于探针的三维运动可以确定该点所在表面的法矢方向，因此更适于曲面的测量。

常见的测头系统组成如下：

电气系统

电气控制系统是测量机的电气控制部分。它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。数控系统主要是由控制器、驱动器、细分器、光栅、电机几部分组成。

控制器由控制卡与控制软件组成，是整个数控系统的核心。现代先进的控制卡大多采用DSP(Digital Signal Processor，即数字信号处理器)代替以前的 CPU，DSP 所具有的高速运算功能，使得控制周期缩短，大大提高了系统的轨迹控制能力，测量机动作更快，测量效率更高。控制软件是控制系统的一个重要组成部分，软件结构与控制卡的硬件结构及功能密切相关。

驱动器的性能直接影响机器的运行特性。在80 年代，三坐标测量机上一般采用的是晶体管线性放大驱动系统；进入 90 年代后，PWM(PulseWidth Modulation)驱动器在高精度伺服控制领域得到了最为广泛的应用。PWM，即脉宽调制系统，是按一个固定的频率来接通和断开直流电源，并根据输入信号的大小改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，通过改变电机电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电机的转速。它的调速比高、响应速度快、起动性能好。驱动器不但要具有良好的控制性能，还具有过压、过流、过速、过热等多种保护手段。