測(cè)量機(jī)發(fā)展史課件

1、測(cè)量機(jī)技術(shù)講座 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的用途坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的構(gòu)成坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度與精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭技術(shù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的控制系統(tǒng)第1頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理與用途三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一臺(tái)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一臺(tái)測(cè)量機(jī)就好比一個(gè)人，主機(jī)就是好比人的軀體，是整個(gè)測(cè)量機(jī)的軀體，是測(cè)量機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它主要有結(jié)構(gòu)支撐部分和XYZ三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)構(gòu)組成，可攜帶測(cè)頭完成空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的用途主要是對(duì)各種機(jī)械零部件進(jìn)行形狀尺寸的高精度測(cè)量，進(jìn)而幫助CAD和CAM進(jìn)行正向和逆向工程的數(shù)據(jù)處理，促進(jìn)提高工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)量管理水平和新產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量和速度。第2頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的構(gòu)成三

2、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是由主機(jī)、控制系統(tǒng)、測(cè)量軟件和測(cè)頭系統(tǒng)組成。其光柵尺部分是確定測(cè)量結(jié)果的正確與否的測(cè)長基準(zhǔn)。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主機(jī)包括X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸；主機(jī)部分還包括整機(jī)的工作臺(tái)、各坐標(biāo)軸的支撐、傳動(dòng)、長度基準(zhǔn)等，主機(jī)如按裸機(jī)算，已經(jīng)調(diào)好了測(cè)量精度。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)還包括實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的控制系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果計(jì)算和輸出的計(jì)算機(jī)和測(cè)量軟件部分。第3頁，共78頁。根據(jù)ISO 10 360 國際標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的驗(yàn)收、檢測(cè)和復(fù)檢檢測(cè)第一部分的規(guī)定，按機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)主要的測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)類型作如下分類：坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第4頁，共78頁。固定工作臺(tái)懸臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見圖A1) 這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有沿著相互正交的導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的三

3、個(gè)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分裝在第二部分上并相對(duì)其作垂直運(yùn)動(dòng)。第一和第二部分的總成相對(duì)第三部分作水平運(yùn)動(dòng)。第三部分以懸臂狀被支撐在一端，并相對(duì)機(jī)座作水平運(yùn)動(dòng)，機(jī)座承載工件。這種類型機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)是開敞性較好，但精度不太高，一般用于小型測(cè)量機(jī)。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第5頁，共78頁。移動(dòng)橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見圖A2)這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有沿著相互正交的導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的三個(gè)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分裝在第二部分上并相對(duì)其作垂直運(yùn)動(dòng)。第一和第二部分的總成相對(duì)第三部分作水平運(yùn)動(dòng)。第三部分被架在機(jī)座的對(duì)應(yīng)兩側(cè)的支柱支承上，并相對(duì)機(jī)座作水平運(yùn)動(dòng)，機(jī)座承載工件。移動(dòng)橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是目前中小型測(cè)量機(jī)的主要機(jī)型

4、，承載能力較大，本身具有臺(tái)面，受地基影響相對(duì)較小，開敞性好，精度比固定橋式稍低。目前大多數(shù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式都屬于移動(dòng)橋式。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第6頁，共78頁。龍門式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見圖A3) 這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有沿著相互正交的導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的三個(gè)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分裝在第二部分上并相對(duì)其作垂直運(yùn)動(dòng)。第一和第二部分的總成相對(duì)第三部分作水平運(yùn)動(dòng)。第三部分在機(jī)座兩側(cè)的導(dǎo)軌上作水平運(yùn)動(dòng)，機(jī)座承載工件。 龍門式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一般為中大型測(cè)量機(jī)，要求較好的地基，立柱影響操作的開闊性，但減少了移動(dòng)部分質(zhì)量，有利于精度及動(dòng)態(tài)性能的提高。龍門式測(cè)量機(jī)最長可到數(shù)十米，由于其剛性要比水平臂式好，因而對(duì)大尺

5、寸而言可具有足夠的精度。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第7頁，共78頁。L型橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見圖A4)這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有沿著相互正交的導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的三個(gè)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分,裝在第二部分上并相對(duì)其作垂直運(yùn)動(dòng)。第一和第二部分的總成相對(duì)第三部分作水平運(yùn)動(dòng)。第三部分在機(jī)座平面或低于平面上的一條導(dǎo)軌和在機(jī)座上另一條導(dǎo)軌的兩條導(dǎo)軌上作水平運(yùn)動(dòng)，機(jī)座承載工件。 L型橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是綜合活動(dòng)橋式和龍門式測(cè)量機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的測(cè)量機(jī)，有活動(dòng)橋式的平臺(tái)及工作開敞性，又像龍門式減少了移動(dòng)的質(zhì)量，但要注意輔腿的熱膨脹設(shè)計(jì)，應(yīng)與主腿相近,以免影響垂直度。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第8頁，共78頁。固定橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(

6、見圖A5) 這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有沿著相互正交的導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的三個(gè)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分裝在第二部分上并相對(duì)其作垂直運(yùn)動(dòng)。第一和第二部分的總成沿著牢固裝在機(jī)座兩側(cè)的橋架上端作水平運(yùn)動(dòng)，在第三部分上安裝工件。 精度最高的測(cè)量機(jī)往往采用這種結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)閯?dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的直線度及角擺可以做得很小，另外、軸的垂直度不因各軸運(yùn)動(dòng)而變化，缺點(diǎn)是承載能力相對(duì)小一些。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第9頁，共78頁。移動(dòng)工作臺(tái)懸臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見圖A6)這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有沿著相互正交的導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的三個(gè)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分裝在第二部分上并相對(duì)其作垂直運(yùn)動(dòng)。第二部分以懸臂狀被支承在端，并相對(duì)機(jī)座作水平運(yùn)動(dòng)。第三

7、部分相對(duì)機(jī)座作水平運(yùn)動(dòng)并在其上安裝工件。 由于運(yùn)動(dòng)部分過多，承載力不高，此類測(cè)量機(jī)應(yīng)用較少。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第10頁，共78頁。柱式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見圖A7) 這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有兩個(gè)可移動(dòng)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分裝相對(duì)機(jī)座作垂直運(yùn)動(dòng)。第二部分裝在機(jī)座上并相對(duì)其沿水平方向運(yùn)動(dòng)，在該部分上安裝工件。 柱式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度比固定工作臺(tái)懸臂測(cè)量機(jī)為高，一般只用于小型高精度測(cè)量機(jī)，適于要求前方開闊的工作環(huán)境。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 第11頁，共78頁。水平懸臂移動(dòng)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見圖A8) 這類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有沿著相互正交的導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的三個(gè)組成部分，裝有探測(cè)系統(tǒng)的第一部分裝在第二部分上并相對(duì)其作水

8、平運(yùn)動(dòng)。第一和第二部分的總成相對(duì)第三部分作垂直運(yùn)動(dòng)。第三部分相對(duì)機(jī)座作水平運(yùn)動(dòng)，并在機(jī)座上安裝工件。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 這是水平臂測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式，在方向很長，向較高，工件在垂直方向被測(cè)元素多，是測(cè)量汽車各種分總成、白車身時(shí)最常用的測(cè)量機(jī) 。第12頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的材料 對(duì)測(cè)量機(jī)材料的總體要求： 測(cè)量機(jī)在具有良好的高精度同時(shí)需要根據(jù)被測(cè)工件形狀和大小，又分作各種不同的結(jié)構(gòu)形式，測(cè)量機(jī)要能夠在環(huán)境變化的情況下、在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下、在長期工作情況下保持穩(wěn)定的精度和性能，這就要求構(gòu)成測(cè)量機(jī)各部件的材料具有良好的性能，以適應(yīng)環(huán)境的變化和長期穩(wěn)定工作的需要。例如：導(dǎo)熱性要好，以免外界有溫度變

9、化（隨時(shí)間及隨空間變化）時(shí)形成構(gòu)件內(nèi)部的溫度梯度，引起變形（主要是扭曲）；希望熱膨脹系數(shù)要小，以免溫度變化引起過大的伸長縮短；要比較大的彈性模量，以免受力后有較大的變形；第13頁，共78頁。對(duì)測(cè)量機(jī)材料的總體要求（續(xù)）： 高的硬度及耐磨性來保證不易劃傷、磨損；較高的強(qiáng)度不易斷裂；運(yùn)動(dòng)部分的材料要求比重小，以免由于測(cè)量的高速、高加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的測(cè)量機(jī)慣性力，它對(duì)精度的影響日顯重要；考慮材料吸水率小，以免受潮變形（較差的花崗石的吸水性能，足以引起微米級(jí)的變形）；工藝性好，易于加工；成本要低。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的材料 第14頁，共78頁。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的三軸全部采用天然花崗巖材料,秉承了傳統(tǒng)的精密機(jī)械加工手

10、段，加工采用 精磨后又手工研磨。保持了精度長久的穩(wěn)定性和可靠性。整體剛性好，精度主要由精密機(jī)械加工和精密機(jī)械調(diào)整來保證,保證長久高精度和穩(wěn)定性。21項(xiàng)誤差只做幾個(gè)位置補(bǔ)償。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的材料 第15頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌及軸承 測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌是保證機(jī)器平穩(wěn)、高精度運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，目前主要采用用氣浮導(dǎo)軌及直線滾珠導(dǎo)軌兩種形式。氣浮導(dǎo)軌：利用空氣軸承小孔節(jié)流形成氣腔內(nèi)的高壓，在導(dǎo)軌和空氣軸承間形成具有一定承載能力和剛性的薄膜，氣浮導(dǎo)軌具有無磨擦及無磨損的特性，由于勻差效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)的局部直線度及角度擺動(dòng)能做得較小，精度較高的測(cè)量機(jī)一般采用氣浮導(dǎo)軌。 第16頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌及軸承 氣浮軸承

11、的性能有四個(gè)要求：即承載能力，承載剛性（氣浮間隙每變化一微米承載能力的變化），耗氣量，抗氣振能力；其他的要求還包括防銹性能、安裝的工藝性，支承的等載荷設(shè)計(jì)等亦不能忽略。采用直線滾珠導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是省去全套壓縮空氣設(shè)備及氣動(dòng)控制元件，成本較低，適于應(yīng)用無氣源的環(huán)境，剛性較好，比簡單的滾珠軸承來講，受個(gè)別滾珠疵瑕的影響要小，有一定的勻差效應(yīng)，但由于鋼球及導(dǎo)軌原因，該結(jié)構(gòu)的測(cè)量機(jī)精度稍低。 第17頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求是平穩(wěn)，特別是在高速運(yùn)動(dòng)條件下更是如此。由于工業(yè)生產(chǎn)節(jié)奏加快，測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度、加速度不斷提高（目前GLOBAL 測(cè)量機(jī)的空間運(yùn)行速度已達(dá)到866mm/sec

12、，加速度達(dá)到4330 mm/sec2），摩擦傳動(dòng)已基本不能滿足要求，例如GLOBAL測(cè)量機(jī)全部采用同步帶傳動(dòng)，PMM-C測(cè)量機(jī)由于速度、加速度的提高，也把摩擦傳動(dòng)改為精密滾珠絲杠傳動(dòng)；而LEITZ的PMM-GANTRY測(cè)量機(jī)及DEA的大型測(cè)量機(jī)普遍用齒輪齒條傳動(dòng)。測(cè)量機(jī)的高加速度運(yùn)行，使運(yùn)動(dòng)各部件產(chǎn)生很大慣性力，如果結(jié)構(gòu)剛性不好，會(huì)產(chǎn)生較大結(jié)構(gòu)變形，特別是掃描測(cè)量，誤差更大(詳見測(cè)頭部分)，因此關(guān)于動(dòng)態(tài)性能的評(píng)定也成為測(cè)量機(jī)制造商所需要考慮的重要指標(biāo)。 第18頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的平衡機(jī)構(gòu) 垂直式測(cè)量機(jī)的Z軸或水平臂測(cè)量機(jī)的水平臂及頭架組件，由于重力作用會(huì)下掉，必須有機(jī)構(gòu)加以平衡，使它處于

13、隨遇平衡狀態(tài)。目前最常用的平衡機(jī)構(gòu)有兩種，一種為重錘平衡，另一種為氣動(dòng)平衡；重錘平衡的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，其原理類似滑輪，一端為主軸，一端為平衡重量，構(gòu)造可靠，除非連接鋼絲繩斷裂，一般不會(huì)出安全問題；缺點(diǎn)是：加大了移動(dòng)部分重量，當(dāng)配重上升下降到不同位置時(shí)，會(huì)影響到測(cè)量機(jī)性能，特別是配重與導(dǎo)軌的間隙，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因而影響精度。第19頁，共78頁。氣動(dòng)平衡的優(yōu)缺點(diǎn)：氣動(dòng)平衡的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，沒有大的晃動(dòng)，對(duì)測(cè)量機(jī)精度影響??；缺點(diǎn)是必須細(xì)致地設(shè)計(jì)氣動(dòng)平衡及保護(hù)機(jī)構(gòu)，平衡機(jī)構(gòu)必須靈敏，在各種狀態(tài)下迅速得持平衡，沒有過沖及振動(dòng)，因此必須用精密調(diào)壓閥；保護(hù)機(jī)構(gòu)必須保證在任何情況下，主軸不會(huì)下墜，特

14、別是突然通氣和斷氣的時(shí)候,防止軸或水平臂的墜落，這一般由氣動(dòng)器件組成的邏輯氣路，及單向閥等保護(hù)氣路組成。平衡氣缸的設(shè)計(jì)中要防止氣缸桿與軸導(dǎo)軌不平行對(duì)軸運(yùn)動(dòng)的干涉； 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的平衡機(jī)構(gòu) 第20頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度 與精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 國內(nèi)的測(cè)量機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)及校準(zhǔn)規(guī)范：中國現(xiàn)行的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 16857.2-1997 eqv ISO l0360-2:1994）坐標(biāo)計(jì)量學(xué) 第2部分：坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的性能評(píng)定；，在技術(shù)內(nèi)容和編寫順序上，該標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10360-2：1994坐標(biāo)計(jì)量學(xué) 第2部分：坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的性能評(píng)定等效。中華人民共和國國家計(jì)量技術(shù)

15、規(guī)范（JTF-2000）：坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范，適用于使用接觸式測(cè)頭的正交坐標(biāo)系坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的校準(zhǔn)。國內(nèi)正在報(bào)批的標(biāo)準(zhǔn)有：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 16857.1-200X eqv ISO l0360-1）：坐標(biāo)計(jì)量學(xué) 第1部分：詞匯中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 16857.4-200X eqv ISO l0360-4）：坐標(biāo)計(jì)量學(xué) 第4部分：掃描測(cè)量型坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 第21頁，共78頁。ISO坐標(biāo)測(cè)量機(jī)國際標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容：ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)是由各國標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體組成的世界范圍的聯(lián)合組織。國際標(biāo)準(zhǔn)的起草工作一般是由ISO技術(shù)委員會(huì)來完成的。中國目前實(shí)行的測(cè)量機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T16857.2-

16、1997)便等同于ISO相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。IS0 10360在主標(biāo)題“產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的驗(yàn)收、檢測(cè)和復(fù)檢檢測(cè)”下，由以下部分構(gòu)成：第1部分：詞匯第2部分：測(cè)量線性尺寸的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)第3部分：配置轉(zhuǎn)臺(tái)軸線為第四軸的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)第4部分：掃描測(cè)量型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)第5部分：多探針探測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)第6部分：計(jì)算高斯輔助要素的誤差評(píng)定 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度 與精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第22頁，共78頁。一般來說，進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度的檢驗(yàn)采用的是可溯源到國家基準(zhǔn)的一組量塊或步距規(guī)以及標(biāo)準(zhǔn)球。注意，建議量塊最長長度至少是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作空間對(duì)角線最大長度的66，最短長度應(yīng)不大于30mm。ISO10360

17、中包含三個(gè)主要參數(shù)：長度測(cè)量最大允許示值誤差(MPEE)、最大允許探測(cè)誤差(MPEP)；對(duì)于掃描測(cè)量，采用最大允許掃描探測(cè)誤差(MPETHP) (THP預(yù)先規(guī)定路徑，并以高密度進(jìn)行采點(diǎn)的誤差)，并且在一定的最大允許掃描時(shí)間MPT內(nèi)。 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度 與精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第23頁，共78頁。三種參數(shù)的檢測(cè)方法如下：長度測(cè)量最大允許示值誤差MPEE在空間任意7個(gè)不同方位，測(cè)量一組5種尺寸量塊，每種量塊長度分別測(cè)量3次。所有測(cè)量結(jié)果必須在規(guī)定的MPEE值范圍內(nèi)。最大允許探測(cè)誤差MPEP25點(diǎn)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)球，探測(cè)點(diǎn)均勻分布。最大允許探測(cè)誤差MPEP值為所有測(cè)量半徑的最大差值。最大允許掃描探測(cè)誤差MPETHP/

18、沿標(biāo)準(zhǔn)球上4條確定的路徑進(jìn)行掃描。最大允許掃描探測(cè)誤差MPETHP/值為所有掃描半徑的最大差值。是執(zhí)行性能驗(yàn)證時(shí)所需的時(shí)間(以秒為單位) 。第24頁，共78頁。其它國家的部分標(biāo)準(zhǔn)：除ISO 和國標(biāo)外，許多國家的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)被采用，主要包括：- VDI/VDE 2617 德國工程師協(xié)會(huì)關(guān)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢驗(yàn)規(guī)范- CMMA 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)生產(chǎn)商協(xié)會(huì)關(guān)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢驗(yàn)規(guī)范- BS1 BS6808 英國標(biāo)準(zhǔn)研究院關(guān)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)性能檢驗(yàn)的方法- ANSI/ASME B89美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究院發(fā)布的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)性能評(píng)定的推薦標(biāo)準(zhǔn)- JIS B 7440-1987日本關(guān)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度檢測(cè)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上述標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的

19、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢驗(yàn)方法，主要是控制測(cè)量機(jī)自身的誤差源，以及對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)長度測(cè)量的總不確定度和探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn) 第25頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的21項(xiàng)幾何誤差 通常將坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的幾何參數(shù)誤差按其在各運(yùn)動(dòng)自由度方向作用分類，分為三項(xiàng)位置度、六項(xiàng)直線度、九項(xiàng)角擺誤差、以及三軸之間的三項(xiàng)相互垂直度，共二十一項(xiàng)參數(shù)誤差。二十一項(xiàng)誤差是測(cè)量機(jī)的基本幾何誤差，為了保證測(cè)量機(jī)滿足示值誤差及探測(cè)誤差的要求，生產(chǎn)廠家都要測(cè)量和控制這二十一項(xiàng)誤差，必要時(shí)可以進(jìn)行補(bǔ)償。二十一項(xiàng)參數(shù)誤差的測(cè)量可使用不同的測(cè)量儀器進(jìn)行檢測(cè)以便于修正，包括雙頻激光干涉儀、電子水平儀、直角尺、高精度電感測(cè)微儀，但是，需要注意的是，使用上述儀器測(cè)

20、量參數(shù)誤差時(shí)，測(cè)量結(jié)果可能是幾種參數(shù)誤差的綜合結(jié)果。第26頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的21項(xiàng)幾何誤差 這二十一項(xiàng)中有:、三個(gè)方向的位置度;沿、三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的六個(gè)直線（）;沿、三方向運(yùn)動(dòng)時(shí)自轉(zhuǎn)、俯仰、方向九個(gè)角擺；、各軸間三個(gè)垂直度； 21項(xiàng)誤差示意圖第27頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)產(chǎn)生誤差的原因影響坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度有兩個(gè)方面：測(cè)量機(jī)本身的影響和非測(cè)量機(jī)特有的影響： 測(cè)量機(jī)本身的影響包括：靜態(tài) 位置偏差、垂直度偏差、直線度偏差、角擺偏差等21項(xiàng)誤差；動(dòng)態(tài)特性 與測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)、組件的配置有關(guān)，與移動(dòng)速度、接觸力、加速度有關(guān)，并包括過渡過程的時(shí)間效應(yīng)、動(dòng)態(tài)變形性能；探測(cè)系統(tǒng) 測(cè)頭的各向異性、零點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)

21、速度的響應(yīng)，測(cè)頭系統(tǒng)的特征曲線，測(cè)桿的剛性、球的形狀以及測(cè)桿長度，多測(cè)頭等誤差；控制系統(tǒng) 包括控制的精度等軟件 包括軟件的算法、求值方法、所有補(bǔ)償程序等 第28頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)產(chǎn)生誤差的原因附加裝置 圓轉(zhuǎn)臺(tái)等測(cè)量機(jī)內(nèi)部熱源的影響，如電機(jī)、減速器溫升對(duì)導(dǎo)軌的影響，影響了精度；非測(cè)量機(jī)外界的影響包括：環(huán)境條件：溫度、振動(dòng)等工作方式和操作特性：工件的固定方式、測(cè)量方法等測(cè)量任務(wù)的定義：技術(shù)圖紙(同軸度等)測(cè)量工件：表面特性、形狀、硬度、伸縮性，及有關(guān)引力和測(cè)力壓力的塑性變形等第29頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的長度基準(zhǔn)是什么，其基本工作原理是什么？ 大多數(shù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的長度基準(zhǔn)是光柵尺。按不同的用

22、途和性能分為玻璃光柵、金屬光柵幾種。投影光式原理光柵：以德國HEIDENHAIN的金屬光柵尺LIDA 185/40為例：光柵尺的刻線間距為40m。讀數(shù)頭內(nèi)部裝有發(fā)光二極管和四個(gè)反向并聯(lián)的硅光電池，光從讀數(shù)頭的窗口中照射到光柵尺上，當(dāng)光柵尺與讀數(shù)頭發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，硅光電池的輸出電壓也不斷變化，形成兩路相位差為90度的正弦波,金屬光柵尺LIDA 185/40為電壓輸出，幅值為1 VPP的正弦波，從而感知了位置和方向的改變。干涉測(cè)量原理光柵：利用衍射原理產(chǎn)生干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)，一般用于刻線為4 - 8 m的高精度光柵。 第30頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭技術(shù)測(cè)頭是測(cè)量機(jī)觸測(cè)被測(cè)零件的發(fā)訊開關(guān)，它是坐

23、標(biāo)測(cè)量機(jī)的關(guān)鍵部件，測(cè)頭精度的高低很大程度決定了測(cè)量機(jī)的測(cè)量重復(fù)性及精度。此外，不同零件需要選擇不同功能的測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量 第31頁，共78頁。測(cè)頭的分類 觸發(fā)測(cè)頭和掃描測(cè)頭 ： 觸發(fā)測(cè)頭(Trigger Probe): 又稱為開關(guān)測(cè)頭，測(cè)頭的主要任務(wù)是探測(cè)零件時(shí)發(fā)出鎖存信號(hào)，實(shí)時(shí)的鎖存被測(cè)表面坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。觸發(fā)測(cè)頭一般發(fā)出的為跳變的電信號(hào)，利用電信號(hào)的前緣跳變作為鎖存信號(hào)，由于前緣信號(hào)很陡，一般在微秒級(jí)，因此保證了鎖存坐標(biāo)值的實(shí)時(shí)性。掃描測(cè)頭(Scanning Probe): 又稱為比例測(cè)頭或模擬測(cè)頭, 此類測(cè)頭不僅能作觸發(fā)測(cè)頭使用，更重要的是能輸出與測(cè)桿的偏轉(zhuǎn)成比例的信號(hào)（模擬電壓或數(shù)字

24、信號(hào)），由計(jì)算機(jī)同時(shí)讀入測(cè)頭偏轉(zhuǎn)及測(cè)量機(jī)的三維坐標(biāo)信號(hào)(作觸發(fā)測(cè)頭時(shí)則鎖存探測(cè)表面坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值)，以保證實(shí)時(shí)的得到被探測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo),由于取點(diǎn)時(shí)沒有機(jī)械的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此采點(diǎn)率大大提高，掃描測(cè)頭對(duì)于離散點(diǎn)的測(cè)量,由于測(cè)桿的三維運(yùn)動(dòng)可以確定該點(diǎn)所在表面的法矢方向，因此更適于曲面的測(cè)量。 第32頁，共78頁。測(cè)頭的分類（續(xù)）接觸式測(cè)頭與非接觸式測(cè)頭 ： 接觸式測(cè)頭(Contact Probe)：需與待測(cè)表面發(fā)生實(shí)體接觸的探測(cè)系統(tǒng)；非接觸式測(cè)頭(Non-Contact Probe)：不需與待測(cè)表面發(fā)生實(shí)體接觸的探測(cè)系統(tǒng)；例如光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)。 第33頁，共78頁。接觸式觸發(fā)測(cè)頭主要性能指標(biāo)及分類：接

25、觸式觸發(fā)測(cè)頭的基本原理： 接觸式觸發(fā)測(cè)頭的基本結(jié)構(gòu)：第34頁，共78頁。接觸式觸發(fā)測(cè)頭的基本原理：測(cè)頭工作時(shí)的基本動(dòng)作：左圖所示為測(cè)頭處于回位狀態(tài)。探針接觸被測(cè)物體并與物體接觸的力通過測(cè)頭內(nèi)部的彈簧力平衡，探針產(chǎn)生彎曲；探針繞測(cè)頭內(nèi)部支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，造成一個(gè)或兩個(gè)接點(diǎn)斷開，在斷開前測(cè)頭發(fā)出觸發(fā)信號(hào)；然后機(jī)器回退，測(cè)頭復(fù)位。觸發(fā)測(cè)頭工作時(shí)的電氣原理：觸發(fā)測(cè)頭通過觸點(diǎn)形成電氣回路；當(dāng)測(cè)頭與零件接觸時(shí)測(cè)力增加時(shí)接觸面積減小，電阻增加；當(dāng)電阻到達(dá)閾值，測(cè)頭發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。 第35頁，共78頁。接觸式觸發(fā)測(cè)頭的基本原理：第36頁，共78頁。接觸式觸發(fā)測(cè)頭的基本原理：第37頁，共78頁。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)產(chǎn)生誤差的原因接

26、觸式觸發(fā)測(cè)頭的重要性能要素： 重復(fù)性、預(yù)行程的變化（各向同性評(píng)價(jià)：例如三角形效應(yīng)）、反向誤差重復(fù)性：表示測(cè)頭每次在同一點(diǎn)觸發(fā)的性能；一般重復(fù)性試驗(yàn)曲線為正態(tài)分布，取95%的可信度2S(兩倍標(biāo)準(zhǔn)偏差)作為重復(fù)性指標(biāo)；預(yù)行程：從探針接觸零件到測(cè)頭發(fā)出測(cè)頭信號(hào)這段時(shí)間，反映在測(cè)尖處探針的變形量，由于測(cè)頭的結(jié)構(gòu)原因，預(yù)行程與探測(cè)方向、探針長度有關(guān)；反向誤差：由于改變了探測(cè)方向而產(chǎn)生的誤差；最大的反向誤差產(chǎn)生在XY平面內(nèi)的相反方向探測(cè)時(shí)，當(dāng)探測(cè)力加大或探針加長時(shí)反向誤差正比加大。通過測(cè)頭的三點(diǎn)靜定結(jié)構(gòu)可減小反向誤差。第38頁，共78頁。常用接觸式觸發(fā)測(cè)頭 接觸式觸發(fā)測(cè)頭主要包括：機(jī)械式開關(guān)測(cè)頭（TP20

27、）、應(yīng)變片式開關(guān)測(cè)頭(TP7、TP200)、壓電陶瓷開關(guān)測(cè)頭(TP800)。 第39頁，共78頁。常用接觸式觸發(fā)測(cè)頭 機(jī)械（電阻）式開關(guān)測(cè)頭機(jī)械（電阻）式開關(guān)測(cè)頭的代表為TP20，它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐用(106次), 預(yù)行程在XY平面內(nèi)有較明顯的三角形效應(yīng)，目前最常用型號(hào)為TP20，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換探針。TP20的單向重復(fù)性為0.35 m(采用10 mm長探針)，預(yù)行程的變化為0.6 - 0.8 m(采用10 mm長探針)。機(jī)械式開關(guān)測(cè)頭的結(jié)構(gòu)如下頁圖所示： 第40頁，共78頁。常用接觸式觸發(fā)測(cè)頭 機(jī)械（電阻）式開關(guān)測(cè)頭機(jī)械（電阻）式開關(guān)測(cè)頭-TP20示意圖： 第41頁，共78頁。常用接觸式觸

28、發(fā)測(cè)頭 應(yīng)變片式（TP7、TP200）測(cè)頭：這種測(cè)頭，利用應(yīng)變片感受探針受力，觸測(cè)力達(dá)到一定的閾值而觸發(fā)，而不需要觸點(diǎn)的機(jī)械通斷，因此靈敏度高、壽命長；一般內(nèi)部采用四片應(yīng)變片, 三片在X、Y、Z方向，一片主要進(jìn)行溫度補(bǔ)償；做成了固體開關(guān)、具有高精度、高重復(fù)性的特點(diǎn)，壽命長(107次), 較小的預(yù)行程三角形效應(yīng)，在精度要求高，且用較長探針(“”型最長達(dá))時(shí)應(yīng)用，目前最常用型號(hào)為TP200。應(yīng)變片式測(cè)頭的單向重復(fù)性可達(dá)到0.25 m（TP7, 50mm長探針）,0.4 m（TP200，50mm長探針）, 預(yù)行程的變化0.25 m（TP7,50mm長探針）, 0.8 m（TP200, 50mm長探針

29、）第42頁，共78頁。常用接觸式觸發(fā)測(cè)頭 應(yīng)變片式TP200測(cè)頭視圖和原理圖：第43頁，共78頁。壓電陶瓷式(TP800): 利用壓電陶瓷片感受探針接觸零件的壓力波而觸發(fā)，不需要觸點(diǎn)的機(jī)械通斷,超高精度, 極小的預(yù)行程三角形效應(yīng), 且用較長探針(垂直方向最長達(dá)350, 水平方向最長達(dá)200)時(shí)應(yīng)用,要求測(cè)量機(jī)有極高的平穩(wěn)性(速度變化小于1mm/sec)，否則易于誤發(fā)信號(hào), 不適用于小直徑測(cè)尖，被測(cè)對(duì)象的表面硬度及污物對(duì)測(cè)量有影響。壓電陶瓷式測(cè)頭的單向重復(fù)性可達(dá)到0.25 m(50mm長探針), 預(yù)行程的變化0.5 m(50 mm長探針)。 常用接觸式觸發(fā)測(cè)頭 第44頁，共78頁。壓電陶瓷式(T

30、P800)視圖和原理圖: 常用接觸式觸發(fā)測(cè)頭 第45頁，共78頁。各類觸發(fā)測(cè)頭單向重復(fù)性及二維形狀誤差的比較 第46頁，共78頁。掃描測(cè)頭的主要類型： 常用接觸式掃描測(cè)頭SP600及其特性：RENISHAW SP600系列：SP600、SP600M(常用)、SP600Q用于小型機(jī)) 掃描測(cè)頭 第47頁，共78頁。SP600的性能：第48頁，共78頁。RENISHAW SP80系列:可用超長探針（又保持高精度的掃描測(cè)頭）：第49頁，共78頁。第50頁，共78頁。在可以應(yīng)用接觸式測(cè)頭的情況下，慎選非接觸式測(cè)頭；在只測(cè)尺寸、位置要素的情況下盡量選接觸式觸發(fā)測(cè)頭；考慮成本又能滿足要求的情況下，盡量選接

31、觸式觸發(fā)測(cè)頭；對(duì)形狀及輪廓精度要求較高的情況下選用掃描測(cè)頭；掃描測(cè)頭能夠完成對(duì)少量離散點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的任務(wù)；考慮掃描測(cè)頭與觸發(fā)測(cè)頭的互換性，一般用通用測(cè)座來達(dá)到；易變形零件、精度不高零件，要求超大量數(shù)據(jù)零件的測(cè)量，可以考慮采用非接觸式測(cè)頭（如CCD測(cè)頭和激光測(cè)頭等）；同時(shí)要考慮到軟件、附加硬件（如測(cè)頭控制器、電纜）的配套。選擇測(cè)頭的幾點(diǎn)考慮： 第51頁，共78頁。測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中通常通過測(cè)頭座進(jìn)行固定。測(cè)頭信號(hào)通過測(cè)座同坐標(biāo)測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)的測(cè)頭接口相連。測(cè)座有多種，主要分為固定測(cè)座、手動(dòng)可旋轉(zhuǎn)測(cè)座、萬向探測(cè)系統(tǒng)三種。固定和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)座：對(duì)于小型、手動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來說，手動(dòng)可旋轉(zhuǎn)的測(cè)頭因其無特殊電纜

32、及電路需求而較為合適。這些小巧、完備的測(cè)頭系統(tǒng)使操作者較容易在進(jìn)行元素測(cè)量過程中進(jìn)行測(cè)頭的重新定位。操作者只需在測(cè)量過程中對(duì)一個(gè)位置的測(cè)球數(shù)據(jù)進(jìn)行一次記錄，在以后的測(cè)頭定位過程中不需進(jìn)行重新標(biāo)定，從而大大節(jié)省了檢測(cè)周期。 大多數(shù)手動(dòng)可旋轉(zhuǎn)定位測(cè)頭的重復(fù)性可達(dá)1.5m（2）。測(cè)座的選擇 第52頁，共78頁。圖2.1 RENISHAW公司各種測(cè)頭系統(tǒng)PH10T、PH10M、PH10MQ的差別 第53頁，共78頁。測(cè)頭座和自動(dòng)更換測(cè)頭和自動(dòng)更換測(cè)桿系統(tǒng)（略）：第54頁，共78頁。測(cè)桿長度對(duì)等效直徑的影響：相同的名義測(cè)尖直徑，在觸發(fā)式測(cè)頭校驗(yàn)時(shí)等效直徑是不同的，不要省略校測(cè)頭的過程，不要把測(cè)尖的名義直

33、徑作為已校準(zhǔn)的測(cè)尖直徑輸入，也不要把短測(cè)針的直徑輸入作為長探針的等效直徑；否則測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)恒定的誤差，下圖表示了同一測(cè)尖直徑，但測(cè)針長度不同校準(zhǔn)后所得到的不同等效直徑； 測(cè)頭測(cè)桿參數(shù)對(duì)精度的影響 第55頁，共78頁。測(cè)頭在垂直位置測(cè)量時(shí)，探針越長其三角形效應(yīng)越明顯；當(dāng)測(cè)頭探針?biāo)椒胖脩?yīng)用時(shí)，由于探針重力的影響再加上三角形發(fā)應(yīng)，探測(cè)精度可能各向無序排列。測(cè)桿長度對(duì)檢測(cè)精度的影響 第56頁，共78頁。趨近速度對(duì)測(cè)量精度的影響 第57頁，共78頁。多測(cè)針或旋轉(zhuǎn)測(cè)座本身的重復(fù)定位精度是微米級(jí)，可以忽略不計(jì)，測(cè)量誤差主要是由于測(cè)頭的三角形誤差及測(cè)頭偏置矢量誤差所造成，測(cè)頭的三角形誤差又是校驗(yàn)測(cè)頭時(shí)產(chǎn)

34、生偏置矢量誤差的主要因素，要減少它的影響的方法是在校驗(yàn)測(cè)頭時(shí)增加測(cè)點(diǎn)，以得到較準(zhǔn)確的偏置矢量。下頁所示分別用10 mm及50 mm長的單個(gè)固定探針及旋轉(zhuǎn)測(cè)座多個(gè)位置（個(gè)位置）測(cè)球的情況，可以看出長探針可旋轉(zhuǎn)測(cè)頭測(cè)量的誤差要大，目前國際標(biāo)準(zhǔn)及國家檢測(cè)規(guī)范正在對(duì)多測(cè)頭或旋轉(zhuǎn)測(cè)座的測(cè)量機(jī)制訂標(biāo)準(zhǔn)(ISO10360-5)及規(guī)范中華人民共和國國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范（JTF-XXXX-XXXX） 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范。多測(cè)針或旋轉(zhuǎn)測(cè)座測(cè)量誤差 第58頁，共78頁。多測(cè)針或旋轉(zhuǎn)測(cè)座測(cè)量誤差 第59頁，共78頁。當(dāng)考慮到測(cè)量機(jī)的剛性，測(cè)量機(jī)的趨近距離對(duì)測(cè)量機(jī)的精度在一定范圍內(nèi)有影響，改善的辦法是改進(jìn)測(cè)量機(jī)的剛性或動(dòng)態(tài)

35、性能，或者選擇合適的探測(cè)距離；如果一臺(tái)測(cè)量機(jī)動(dòng)態(tài)性能不好，又用很小的探測(cè)距離，那末即使采點(diǎn)更多亦不能改善其精度。探測(cè)距離對(duì)測(cè)頭精度的影響 第60頁，共78頁。控制系統(tǒng)簡介：從控制系統(tǒng)的角度劃分，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可分為手動(dòng)型、機(jī)動(dòng)型及數(shù)控型三種模式 。手動(dòng)型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在X、Y、Z三個(gè)方向裝有三根光柵尺，手動(dòng)移動(dòng)測(cè)頭去接觸工件，發(fā)出的觸測(cè)信號(hào)將X、Y、Z的三根光柵的當(dāng)前坐標(biāo)數(shù)值鎖存下來，傳送給計(jì)算機(jī)，這樣就完成了一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的采集。計(jì)算機(jī)通過這些單獨(dú)的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析計(jì)算出工件的形狀公差和位置公差。手動(dòng)型控制系統(tǒng)實(shí)際上就是一塊計(jì)數(shù)卡。結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適合于對(duì)精度和效率要求不是太高、而對(duì)價(jià)

36、格又要求較低的用戶。 測(cè)量機(jī)電器原理 及數(shù)控系統(tǒng)介紹 第61頁，共78頁。機(jī)動(dòng)型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)：與手動(dòng)型控制系統(tǒng)比較，機(jī)動(dòng)型控制系統(tǒng)增加了電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和手操盒。測(cè)頭的移動(dòng)不再需要手動(dòng)，而是通過電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度和方向都通過手操盒上手操桿偏擺的角度和方向來控制。機(jī)動(dòng)型控制系統(tǒng)主要是減輕了操作人員的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，功能上與手動(dòng)型基本一樣。但由于增加了電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和手操盒等，成本增加了很多，所以目前采用的很少。機(jī)動(dòng)型測(cè)量機(jī)具有控制機(jī)器規(guī)格大，便于升級(jí)為數(shù)控型測(cè)量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，正出現(xiàn)逐步替代手動(dòng)型測(cè)量機(jī)的趨勢(shì)，該類控制系統(tǒng)大有推廣之勢(shì)。 控制系統(tǒng) 第62頁，共78頁。數(shù)控型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)：它不但具有驅(qū)動(dòng)

37、器、電機(jī)、測(cè)速機(jī)組成的電流環(huán)和速度環(huán)，更重要的是具有了以控制器和光柵組成的位置環(huán)。它不斷地將計(jì)算機(jī)給出的理論位置與光柵反饋回來的實(shí)測(cè)位置進(jìn)行比較，隨時(shí)調(diào)整輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，利用PID參數(shù)，控制測(cè)量機(jī)的運(yùn)行，使機(jī)器的跟隨誤差和到位誤差最小，努力使測(cè)量機(jī)的實(shí)際位置與計(jì)算機(jī)要求的理論位置保持一致。由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量，大大地提高了工作效率，特別適合于生產(chǎn)線和批量零件的檢測(cè)。由于排除了人為因素，可以保證每次都以同樣的速度和同樣的方向觸測(cè)，從而使測(cè)量精度也有了很大的提高。數(shù)控型控制系統(tǒng)目前在高中端三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上普遍采用。但生產(chǎn)廠家不同，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和穩(wěn)定性等相差很大。 控制系統(tǒng) 第63頁，共78頁。

38、從數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的框圖上可以看出，數(shù)控系統(tǒng)主要是由控制器、驅(qū)動(dòng)器、光柵、細(xì)分器、測(cè)頭、電機(jī)和操縱盒幾部分組成?？刂破?控制器是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，它一般具有運(yùn)動(dòng)控制、計(jì)數(shù)、保護(hù)等功能。最先進(jìn)的控制器基本都是以DSP為核心，它的功能強(qiáng)，速度快，集成度高，整個(gè)控制器都集成在一塊板上。驅(qū)動(dòng)器-驅(qū)動(dòng)器的性能直接影響機(jī)器的運(yùn)行特性。在80年代，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上一般采用的是晶體管線性放大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；進(jìn)入90年代后，PWM驅(qū)動(dòng)器在高精度伺服控制領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，它的調(diào)速比高、響應(yīng)速度快、起動(dòng)性能好。 控制系統(tǒng)的組成 第64頁，共78頁。驅(qū)動(dòng)器：電流環(huán)的作用：減小電源電壓波動(dòng)的影響，提高控制力矩的線性度

39、，以使系統(tǒng)恒流起、制動(dòng)，同時(shí)防止功率轉(zhuǎn)換電路及電機(jī)過電流。速度環(huán)的作用：穩(wěn)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高系統(tǒng)鋼性，改善系統(tǒng)阻尼，減少非線性度。測(cè)速元件可以有多種，如：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電式編碼器等。驅(qū)動(dòng)器不但要具有良好的控制性能，還具有過壓、過流、過速、過熱等多種保護(hù)手段?？刂葡到y(tǒng)的組成 第65頁，共78頁。光柵尺-光柵尺有金屬的和玻璃的幾種，它在1mm的間距內(nèi)能刻有高達(dá)10100條刻線，每條刻線間的距離為10100um。（根據(jù)所選用的光柵尺的型號(hào)不同而定）以德國HEIDENHAIN的金屬光柵尺LIDA185為例：光柵尺的刻線間距為40um(20um為腐蝕吸收線，20um為反射線)，讀數(shù)頭內(nèi)裝有半透明相位

40、光柵及光電管。光從讀數(shù)頭的窗口中投射在光柵尺上，就發(fā)生光的衍射和折射，產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)光柵尺與讀數(shù)頭發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于光的衍射和折射，讀數(shù)頭內(nèi)光電管的輸出電壓也不斷變化，形成了兩路相位為90度、幅值為1V的正弦波，從而感知了位置和方向的改變。 控制系統(tǒng)的組成第66頁，共78頁。細(xì)分器-讀數(shù)頭輸出的是周期為10100um的微電流信號(hào)，細(xì)分器的任務(wù)就是對(duì)這電流信號(hào)進(jìn)行放大、細(xì)分和數(shù)字化。常見的細(xì)分器的細(xì)分倍數(shù)一般有5倍、10倍、25倍、50倍、100倍等幾種，最后控制器在計(jì)數(shù)時(shí)，再進(jìn)行軟件四細(xì)分，即可以使測(cè)量機(jī)的計(jì)數(shù)分辨率達(dá)1um0.1um，甚至更高。細(xì)分器根據(jù)其工作原理的不同，還分為硬細(xì)分和軟

41、細(xì)分兩種。硬細(xì)分主要是以電阻鏈組成，它的細(xì)分倍數(shù)一般都是5的倍數(shù)，象我們使用的RENISHAW光柵，他的細(xì)分器就是硬細(xì)分，并與讀數(shù)頭集成在一起。軟細(xì)分主要是以單片機(jī)等組成，它的細(xì)分倍數(shù)一般都是8的倍數(shù)，象B3C-LC系統(tǒng)所使用的細(xì)分器就是512倍的軟細(xì)分。 控制系統(tǒng)的組成第67頁，共78頁。測(cè)頭-測(cè)頭根據(jù)不同的劃分方式，可分為觸發(fā)式、掃描式、接觸式、非接觸式、電子式、光學(xué)式等幾種，根據(jù)用戶零件的檢測(cè)需求配置不同的測(cè)頭。接觸式觸發(fā)式測(cè)頭：可理解為是一個(gè)五維或六維的開關(guān)，當(dāng)測(cè)頭觸測(cè)工件的一瞬間，開關(guān)斷開，發(fā)出觸測(cè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)作為控制器的中斷信號(hào)，鎖存三路光柵計(jì)數(shù)器的數(shù)值；非接觸式觸發(fā)測(cè)頭：OTP

42、6它的測(cè)頭體實(shí)際上是一個(gè)激光發(fā)射器，用發(fā)出的激光束代替測(cè)桿，當(dāng)測(cè)頭距離工件達(dá)到規(guī)定的距離時(shí)，發(fā)出觸測(cè)信號(hào)，記錄下當(dāng)前的坐標(biāo)位置控制系統(tǒng)的組成第68頁，共78頁。測(cè)頭-接觸式掃描測(cè)頭：SP600觸發(fā)測(cè)頭的輸出的是數(shù)字信號(hào)，掃描測(cè)頭輸出的是模擬信號(hào)，它能感知測(cè)頭在三個(gè)方向的變化量，可以連續(xù)采集大量的坐標(biāo)點(diǎn)，非常適合模具制造、逆向工程等領(lǐng)域的使用要求 非接觸式點(diǎn)激光掃描測(cè)頭：OTM3它除了能象OTP6一樣觸發(fā)工作外，也能掃描測(cè)量。適合易變型或表面不能接觸零件的檢測(cè)需求。 非接觸式帶激光掃描測(cè)頭：與點(diǎn)激光掃描測(cè)頭比起來，它的采點(diǎn)效率高，功能也很強(qiáng)大，可以在短時(shí)間內(nèi)采集可視范圍內(nèi)的所有點(diǎn) 控制系統(tǒng)的組成

43、第69頁，共78頁。CCD光學(xué)測(cè)頭：它利用光學(xué)成像原理進(jìn)行元素測(cè)量，采點(diǎn)效率和精度都較低，適合一些微小零件的檢測(cè)需求。-控制系統(tǒng)和不同測(cè)頭都有不同的數(shù)據(jù)通訊方式，適時(shí)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)座：分為固定測(cè)座、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)座和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)座三大類。固定測(cè)座：不可旋轉(zhuǎn)，只能垂直測(cè)量或某個(gè)水平方向的測(cè)量。MIP、MH8手動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)座：PH9、PH10M、PH10MQ屬于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)座：旋轉(zhuǎn)測(cè)座有A、B兩個(gè)角度，A角從0105度，B角從-180-+180度。每步7.5度。-固定測(cè)座只有傳遞測(cè)頭數(shù)據(jù)的功能，旋轉(zhuǎn)測(cè)座會(huì)把測(cè)座旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)的組成第70頁，共78頁。電機(jī)：絕大多數(shù)的測(cè)量機(jī)采用的是直

44、流電機(jī)/測(cè)速機(jī)伺服機(jī)組，也有少數(shù)采用直線電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度高，在測(cè)量時(shí)又經(jīng)常高速地正反向切換，若每分鐘采集100個(gè)點(diǎn)，則電機(jī)就必須每分鐘正反向切換200次，且要求運(yùn)行平穩(wěn)。測(cè)量機(jī)所選用的電機(jī)性能要求很高，它要求控制系統(tǒng)給予的驅(qū)動(dòng)力的起動(dòng)扭矩大，起動(dòng)電壓低，時(shí)間響應(yīng)快?？刂葡到y(tǒng)的組成第71頁，共78頁。操縱盒：由手操桿和功能鍵組成。操縱桿偏移的方向即是機(jī)器運(yùn)動(dòng)的方向，偏移的角度控制著機(jī)器的運(yùn)行速度。功能鍵一般有急停鍵、快/慢速控制鍵、鎖定鍵、電機(jī)加電鍵、學(xué)習(xí)鍵、確認(rèn)鍵、刪除鍵等組成。不同的操縱盒功能鍵不完全一樣。急停鍵：當(dāng)機(jī)器發(fā)生意外故障時(shí)，操作人員壓下緊急停開關(guān)，可立即斷開驅(qū)動(dòng)器的電源，使機(jī)器停車。鎖定鍵：在手動(dòng)方式移動(dòng)機(jī)器時(shí)，可鎖定不需運(yùn)