三坐標(biāo)測量機(jī)測針更換架設(shè)計(jì)研究和設(shè)計(jì)

1、.wd.wd.wd. 中國計(jì)量大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文三坐標(biāo)測量機(jī)測針更換架研究與設(shè)計(jì)The research and design of CMM probe change學(xué)生姓名 林柯楠學(xué)號1200201105學(xué)生專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 班級 測控1班 系 計(jì)量測試工程系 指導(dǎo)教師 李雁飛中國計(jì)量大學(xué)2016年6月 鄭 重 聲 明本人呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)展研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出奉獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論

2、文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 學(xué)生簽名： 日期：分類號： TP368.12 密 級：公開 UDC： 62 學(xué)校代碼：13292中國計(jì)量大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文三坐標(biāo)測量機(jī)測針更換架研究與設(shè)計(jì) The research and design of CMM probe change作 者 林柯楠學(xué) 號 1200201105 申請學(xué)位工學(xué)學(xué)位 指導(dǎo)教師李雁飛學(xué)科專業(yè)測控技術(shù)與儀器 培養(yǎng)單位中國計(jì)量大學(xué) 辯論委員會主席 王月兵 評 閱 人2016 年 06月 致謝本人的論文由于工作原因在大都在校外完成，而且因?yàn)樵O(shè)備、地點(diǎn)和時(shí)間等問題我請求導(dǎo)師讓我自選題目。在工作期連續(xù)斷續(xù)續(xù)趕著論文的進(jìn)度，導(dǎo)師和室友也時(shí)

3、常關(guān)心我的論文進(jìn)度并給我提供了盡可能的幫助。我的論文在李雁飛導(dǎo)師的親切關(guān)心下和悉心指導(dǎo)下已接近尾聲，從我自己確定課題到最終完成，導(dǎo)師都在跟進(jìn)我的進(jìn)度，對我的格式進(jìn)展糾正，給予我?guī)椭?。在此?jǐn)向李教師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。還要感謝和我同一設(shè)計(jì)小組的幾位同學(xué)，是你們在我平時(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)展下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。 最后，四年大學(xué)生活即將完畢，回憶幾年的歷程，教師們給了我們很多指導(dǎo)和幫助。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)，優(yōu)良的作風(fēng)和敬業(yè)的態(tài)度，為我們樹立了為人師表的典范。在此，我對所有的測控學(xué)院的教師表示感

4、謝，祝你們身體安康，工作順利! 三坐標(biāo)測量機(jī)測針更換架研究與設(shè)計(jì)摘要：為滿足三坐標(biāo)測量機(jī)對工件實(shí)現(xiàn)全自動高效測量，測針更換架是必不可少的。測針更換架實(shí)現(xiàn)了通過軟件參數(shù)設(shè)置使三坐標(biāo)測量機(jī)在測量程序中途實(shí)現(xiàn)自動換測針的功能。正因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)自動高效，所以對測針更換架的構(gòu)造、安裝和校驗(yàn)有著很高的要求，來盡可能防止自動測量程序時(shí)的撞針、卡針的現(xiàn)象。所以，在這里探討一下一般測針更換架的設(shè)計(jì)、安裝要求以及本人所新設(shè)計(jì)的設(shè)想和方案。新設(shè)計(jì)的測針更換架不同于常規(guī)直線型，采用旋轉(zhuǎn)型構(gòu)造設(shè)計(jì)理念，內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)用伺服電機(jī)驅(qū)動配合PLC及軟件來實(shí)現(xiàn)角度的準(zhǔn)確控制，以到達(dá)高效換針的目的。同時(shí)比照各自的構(gòu)造的好處和優(yōu)點(diǎn)，以及它

5、們?nèi)狈Φ牡胤?。關(guān)鍵字：三坐標(biāo)測量機(jī) 測針更換架 直線型 旋轉(zhuǎn)型 伺服電機(jī) 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 緒論 PAGEREF _Toc23064 1 HYPERLINK l _Toc2754 1.1 研究背景 PAGEREF _Toc2754 1 HYPERLINK l _Toc8657 1.2 三坐標(biāo)測量機(jī)的研究意義 PAGEREF _Toc8657 3 HYPERLI

10、NK l _Toc21228 1.3 三坐標(biāo)測量機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc21228 4 HYPERLINK l _Toc18549 1.4 三坐標(biāo)測量機(jī)的未來與展望 PAGEREF _Toc18549 5 HYPERLINK l _Toc19002 1.5更換架研究意義 PAGEREF _Toc19002 6 HYPERLINK l _Toc26361 2. 三坐標(biāo)測量機(jī)測針更換架設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26361 7 HYPERLINK l _Toc3841 2.1 直線型測針更換架設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc3841 7 HYPERLINK l _Toc11979

11、 2.2 旋轉(zhuǎn)型測針更換架設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc11979 9 HYPERLINK l _Toc4025 2.2.1 構(gòu)造設(shè)計(jì)思想： PAGEREF _Toc4025 9 HYPERLINK l _Toc21563 2.2.2 吸盤和轉(zhuǎn)軸的鏈接設(shè)計(jì)： PAGEREF _Toc21563 9 HYPERLINK l _Toc6212 2.2.3伺服電機(jī): PAGEREF _Toc6212 10 HYPERLINK l _Toc301 2.2.4 PLC運(yùn)用： PAGEREF _Toc301 12 HYPERLINK l _Toc10839 2.2.5 伺服驅(qū)動器與PLC的結(jié)合 PAGER

12、EF _Toc10839 14 HYPERLINK l _Toc14941 2.2.6整體設(shè)計(jì)： PAGEREF _Toc14941 15 HYPERLINK l _Toc559 3. 結(jié)論 PAGEREF _Toc559 16 HYPERLINK l _Toc13242 3.1旋轉(zhuǎn)型測針更換架的優(yōu)缺點(diǎn) PAGEREF _Toc13242 16 HYPERLINK l _Toc29185 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc29185 171 緒論1.1 研究背景隨著人們制造業(yè)的迅速開展與生活水平的迅速提高，尤其是在包括模具、機(jī)械、汽車、航空航天、電子工業(yè)等領(lǐng)域，各種各樣復(fù)雜零件的制造和生產(chǎn)需要

13、采用更為先進(jìn)而高效的檢測方式；同時(shí)就為了面對全球化日趨嚴(yán)重的同業(yè)競爭壓力，如今生產(chǎn)現(xiàn)場往往非常重視若何提高加工效率，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，但是更為關(guān)鍵的就是若何生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，以此來降低生產(chǎn)制造的廢品率。因此，當(dāng)代工業(yè)就必須實(shí)行更為嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系，因?yàn)橹挥性诒ＷC高質(zhì)量生產(chǎn)的條件下，制造業(yè)才能更加開展得平穩(wěn)一些。為了確保生產(chǎn)出的零件產(chǎn)品性能符合要求與尺寸合格，必須對產(chǎn)品進(jìn)展更為準(zhǔn)確而嚴(yán)格的測量。恰巧三坐標(biāo)在當(dāng)代工業(yè)背景下出現(xiàn)，并且迅速開展和日趨完善，它詮釋了三維空間測量的技術(shù)，如今與三坐標(biāo)測量機(jī)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也漸漸開展壯大起來。以下幾點(diǎn)因素為空間三維測量奠定了根基并加速其完善過程。(1).如今很

14、多工件的測量需要運(yùn)用空間三維測量的技術(shù)與方法，傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求，不光在測量精度與測量方法上而言，傳統(tǒng)測量漸漸被淘汰。傳統(tǒng)測量是指用傳統(tǒng)測量工具如游標(biāo)卡尺、千分尺等進(jìn)展尺寸測量，它們屬于相對測量，因?yàn)闇y量的時(shí)候基準(zhǔn)面為加工面，而不是直接的主軸基準(zhǔn)，是一種中間過度基準(zhǔn)，再加上傳統(tǒng)測量工具本身精度不高，同時(shí)存在較大的人為測量操作隨機(jī)性誤差，此等諸多因素造成了測量結(jié)果的不是很精準(zhǔn)；另外一方面?zhèn)鹘y(tǒng)測量工具有許多限制因素，例如量程小、以及受到工件尺寸形狀的限制，許多測量任務(wù)用傳統(tǒng)測量工具進(jìn)展測量的話，并不能夠?qū)崿F(xiàn)或者相當(dāng)復(fù)雜，而且測量所需時(shí)間較長。(2).由于機(jī)械加工、數(shù)控機(jī)床加工以及自

15、動流水加工線的蓬勃開展，生產(chǎn)節(jié)奏的飛速加快，加工零件的時(shí)間迅速縮短，從長周期縮短到幾分鐘甚至幾秒鐘，因此應(yīng)對這一要求，檢測的速度也要跟上腳步。比方汽車和摩托車等行業(yè)都采用流水生產(chǎn)線方式進(jìn)展生產(chǎn)和裝配，每輛車上有幾千甚至上萬個(gè)零件，它們 基本上由各自供應(yīng)商提供，然后統(tǒng)一發(fā)往裝配中心進(jìn)展車輛的整裝裝配，一輛完整車輛的產(chǎn)生只需要花上幾分鐘的時(shí)間，這樣的方法在生產(chǎn)質(zhì)量環(huán)節(jié)上更容易監(jiān)控。(3). 在當(dāng)代社會制造產(chǎn)品的過程中，許多產(chǎn)品依靠CAD數(shù)學(xué)模型在數(shù)控機(jī)床上制造完成的，傳統(tǒng)測量無法在成品完成時(shí)去制造的CAD尺寸進(jìn)展比對，所以此時(shí)就需要運(yùn)用三坐標(biāo)測量機(jī)。三坐標(biāo)測量可通過軟件直接在CAD模型上獲取測量參

16、數(shù)，通過測量獲得準(zhǔn)確的坐標(biāo)測量結(jié)果，也可通過軟件輸出報(bào)告，各類報(bào)告格式滿足不同的需求，使得數(shù)據(jù)與圖形相結(jié)合，更為直觀得了解測量結(jié)果。(4). 如今在制造的過程中也要時(shí)常穿插著中間測量，以此來監(jiān)控生產(chǎn)制造質(zhì)量，因此在普通生產(chǎn)車間，高精度測量機(jī)缺乏以滿足其測量環(huán)節(jié)?？紤]到零件的復(fù)雜性和多樣性，往往要選取不同類型的測量機(jī)甚至定制的測量專機(jī)進(jìn)展檢測。(5). 逆向生產(chǎn)以及產(chǎn)品尺寸復(fù)現(xiàn)的需要，有些生產(chǎn)活動中，客戶所提供的工件并沒有圖紙，或者某一尺寸并沒有標(biāo)注，尤其是一些曲面輪廓度的數(shù)據(jù)。此時(shí)就需要運(yùn)用到三坐標(biāo)測量技術(shù)中的掃描技術(shù)，進(jìn)展對相關(guān)尺寸的復(fù)現(xiàn)。1.2 三坐標(biāo)測量機(jī)的研究意義 從第一個(gè)大型三坐標(biāo)測

17、量機(jī)的問世以來，已經(jīng)走過40多年的時(shí)間，三坐標(biāo)測量機(jī)已經(jīng)開展成了一種通用性強(qiáng)、高效率的新型精細(xì)測量機(jī)。三坐標(biāo)測量機(jī)在機(jī)械制造、電子、汽車與航天等各大領(lǐng)域，成為了一種不可缺少的檢測工具，它能夠?qū)α慵筒考某叽?、形狀還有相互位置進(jìn)展檢測與評價(jià)，例如復(fù)雜的葉片、缸體、凸輪等空間型面的測量，它也能對產(chǎn)品的曲面進(jìn)展掃描，這是傳統(tǒng)工具無法做到的測量手段，能夠連續(xù)掃描以及制備數(shù)控機(jī)床的加工程序等。機(jī)械主體、測頭系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和測量軟件這四個(gè)根基局部構(gòu)成了三坐標(biāo)測量機(jī)。三坐標(biāo)測量機(jī)的出現(xiàn)標(biāo)志著測量從傳統(tǒng)的手動測量到現(xiàn)代化自動測量時(shí)代的過渡，具有里程碑意義。以下采用三坐標(biāo)測量機(jī)空間測量技術(shù)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)測量

18、所無法對比的。.解決了那些復(fù)雜形狀與其外表輪廓尺寸的測量，例如各類箱體零件的孔徑與孔的位置、葉片與齒輪、汽車與飛機(jī)等復(fù)雜外部輪廓尺寸的檢測與復(fù)現(xiàn)。(2).提高了三維測量的精度。如今單軸精度最高的三坐標(biāo)測量機(jī)，每米長度內(nèi)可使得誤差控制在0.3um以內(nèi)，三維空間精度最高也可達(dá)0.5um-1um。而相比那別用于生產(chǎn)車間檢測用的三坐標(biāo)測量機(jī)如關(guān)節(jié)臂、機(jī)械臂等，每米測量精度單軸也可達(dá)2um-3um。(3).三坐標(biāo)測量與其他生產(chǎn)制造工具兼容性強(qiáng)，可與各類加工中心組成生產(chǎn)加工線或者各類柔性制造系統(tǒng)。，產(chǎn)生一些機(jī)械臂式測量機(jī)以及定制的測量專機(jī)，加快了自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。(4).多虧了三坐標(biāo)測量機(jī)精度不斷提

19、高和機(jī)械自動化程度的不斷提高，促成了空間三維測量技術(shù)的進(jìn)步，極大地改善了測量效率與測量準(zhǔn)確度，為制造節(jié)省了珍貴的時(shí)間。自引入電子計(jì)算機(jī)以后，不但加快了數(shù)據(jù)處理，而且可以完成CNC的控制功能，可極大地縮短測量時(shí)間。1.3 三坐標(biāo)測量機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)今國內(nèi)外的應(yīng)用都已相當(dāng)普遍，三坐標(biāo)測量機(jī)的產(chǎn)業(yè)也趨于成熟穩(wěn)定，如今在我國銷售的三坐標(biāo)測量機(jī)也在全球范圍內(nèi)位居首位。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)三坐標(biāo)測量機(jī)的廠家快速壯大，測量機(jī)的品種和型號也日益完全。其用途主要用于中小型配件、汽車、航天、機(jī)床、模具等行業(yè)中的箱體、機(jī)架、齒輪、凸輪、葉片、曲線、曲面等復(fù)雜尺寸的測量與評估，還運(yùn)用于電子、五金等行業(yè)，進(jìn)展尺寸、形位

20、公差等評價(jià)。機(jī)械技術(shù)、光學(xué)技術(shù)運(yùn)用許多光學(xué)測頭與光柵尺等、以及計(jì)算機(jī)技術(shù)集成了高精度測量技術(shù)，三坐標(biāo)測量機(jī)通用箱極強(qiáng)，在各類測量領(lǐng)域都能發(fā)揮出很大的測量作用，它擁有測量范圍大、測量性能穩(wěn)定和測量效率精準(zhǔn)且效率高等優(yōu)點(diǎn)。僅僅過了幾十年的時(shí)間，三坐標(biāo)測量機(jī)就已經(jīng)取得了飛速的開展，至今己經(jīng)歷了以下三個(gè)開展階段:.手動數(shù)顯打印型:在幾何測量領(lǐng)域廣泛使用，手動測量，采用數(shù)字顯示，此類測量機(jī)也可打印測量結(jié)果。但雖然解決了測量結(jié)果輸出問題，但其沒有運(yùn)算系統(tǒng)，最終結(jié)果仍然需通過人為計(jì)算給出。例如該測量機(jī)在測量一個(gè)孔徑時(shí)，得到的是各點(diǎn)x，y坐標(biāo)值，需要通過人為計(jì)算出孔的大小，人為工作量巨大，效率低下，所以在現(xiàn)今

21、階段已經(jīng)被淘汰。(2).手動型：此類測量機(jī)與上述測量機(jī)相比，自帶有小型計(jì)算機(jī)。通過測量機(jī)數(shù)據(jù)的采集，能夠輸出測量結(jié)果，在數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后。有了電子計(jì)算機(jī)的功能以后可進(jìn)展許多數(shù)據(jù)的自動校準(zhǔn)計(jì)算、坐標(biāo)系變換、孔心距測量等工作。此類測量機(jī)也可通過計(jì)量軟件儲存一定量的數(shù)據(jù)，通過計(jì)量軟件的數(shù)字模型，也可對曲線曲面等輪廓進(jìn)展掃描測量。此類三坐標(biāo)測量機(jī)可手動測量，也可自動測量，屬于半自動測量機(jī)。(3).計(jì)算機(jī)數(shù)字控制型CNC：上述測量機(jī)雖然帶有小型電子計(jì)算機(jī)，通過其數(shù)據(jù)處理能獲得輸出值，但是在測量環(huán)節(jié)上有時(shí)仍需要通過手動或者機(jī)動。對一些特殊大型號零件，很難通過手動方式去采點(diǎn)，而且人為因素影響測量結(jié)果較大

22、。而且一些薄壁零件，在測量的時(shí)候?qū)y力也有一定要求。就這樣，計(jì)算機(jī)數(shù)字測量機(jī)為解決這一難題而問世。這種測量機(jī)可按照已經(jīng)編制好的測量程序進(jìn)展全自動測量。計(jì)算機(jī)通過軟件讀取測量程序，經(jīng)過信息處理，通過控制柜，然后再由控制柜將指令發(fā)送至驅(qū)動器使三坐標(biāo)坐標(biāo)軸移動，實(shí)現(xiàn)全自動化的測量過程，并能夠?qū)y量結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，按尺寸測量的要求進(jìn)展數(shù)據(jù)處理，最終生成所需要的報(bào)告文件。1.4 三坐標(biāo)測量機(jī)的未來與展望 各種先進(jìn)的制造工藝與技術(shù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)要求的需要以及工程工程的要求使得三坐標(biāo)測量機(jī)在軟件和硬件方向上更加完善和開展，因此各家測量機(jī)生產(chǎn)廠商需要不斷提升自己的產(chǎn)品質(zhì)量和要求來滿足生產(chǎn)生活上的需求。以下幾方面是

23、需要漸漸突破的技術(shù)難關(guān)，在各類意義上能夠革新空間三維測量技術(shù)。(1). 普及高速測量：6毫無疑問的是，質(zhì)量和效率一直是衡量一個(gè)機(jī)器性能、生產(chǎn)過程好壞的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)測量在于慢而穩(wěn)，但隨著生產(chǎn)檢測技術(shù)的開展，節(jié)奏越發(fā)加快。在用戶要求測量時(shí)間短的前提下，測量機(jī)對結(jié)果又保持著良好精度，這樣對CMM的技術(shù)要求就更為嚴(yán)格。(2). 新材料和新技術(shù)的應(yīng)用：為確?？煽扛咚俚臏y量功能，同時(shí)高精度測量機(jī)對環(huán)境要求對比嚴(yán)格，為了改善其機(jī)械構(gòu)造的性能，許多國外大廠開場從機(jī)械主體的材料上進(jìn)展革新。 許多大型生產(chǎn)三坐標(biāo)測量機(jī)的制造廠商，很多都采用了特殊金屬材料來構(gòu)成測量機(jī)上的運(yùn)動構(gòu)造部件，比方重量輕、剛性好、導(dǎo)熱性強(qiáng)的

24、鋁或鈦合金材料。擁有良好導(dǎo)熱的材料極大程度改善了三坐標(biāo)測量機(jī)由環(huán)境造成的線膨脹，從而提高了精度。(3).控制系統(tǒng)的改進(jìn)：現(xiàn)代的制造系統(tǒng)，不再局限于成品驗(yàn)收檢驗(yàn)，不單單是分析計(jì)算機(jī)指令并給與輸出信號。整個(gè)控制系統(tǒng)必須要開放式，能夠讀取出多元化的信息，從這以要求出發(fā)，控制系統(tǒng)需具備更大的柔性，使控制系統(tǒng)能夠高效分析出各項(xiàng)指令。為此，要盡可能利用迅速開展的電子工業(yè)技術(shù)，使控制系統(tǒng)做到更小更精，更具性價(jià)比。(4). 測量機(jī)測頭的開展：三坐標(biāo)測量機(jī)除了保證單軸的直線度與三軸的位置度以外，測頭內(nèi)傳感器的精度也是三坐標(biāo)測量機(jī)測量精度的關(guān)鍵所在，也是核心技術(shù)所在。與其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)相比，提高測頭的性能指標(biāo)難度

25、最大。傳感器技術(shù)的開展是測頭革新的關(guān)鍵。如今已經(jīng)由單點(diǎn)式觸發(fā)測頭衍生出掃描測頭，該測頭支持高頻采點(diǎn)，大大加快了掃描的效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)代技術(shù)的開展，歸根到底是數(shù)據(jù)的采集與運(yùn)用，因此傳感器技術(shù)的技術(shù)開展?fàn)縿又餍懈鳂I(yè)的開展。(5). 軟件技術(shù)的革新：測量軟件是人機(jī)互動環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，測量機(jī)的主要功能由測量軟件去實(shí)現(xiàn)。測量機(jī)的每一項(xiàng)技術(shù)開展，軟件必須跟上腳步。軟件的革新與優(yōu)化穩(wěn)定也極大加快了計(jì)算機(jī)的信息處理。在當(dāng)代信息時(shí)代，可以說軟件是當(dāng)代開展最快的技術(shù)，同時(shí)也是很重要的技術(shù)，它的開展使得三坐標(biāo)更加智能化。它至少包括了測量程序的編程，測量任務(wù)的優(yōu)化以及故障診斷等方面的內(nèi)容。(6).配套工具的使用與

26、革新：測針更換架的改善，能夠加快自動測量時(shí)三坐標(biāo)測量機(jī)的換針效率，降低撞針的概率。轉(zhuǎn)臺的改善，實(shí)現(xiàn)對零件的正反面測量。夾具工裝的改進(jìn)，滿足不同類型的零件固定要求。1.5更換架研究意義隨著人們制造業(yè)的迅速開展與生活水平的迅速提高，尤其是在包括模具、機(jī)械、汽車、航空航天、電子工業(yè)等領(lǐng)域，各種各樣復(fù)雜零件的制造和生產(chǎn)需要采用更為先進(jìn)而高效的檢測方式；同時(shí)就為了面對全球化日趨嚴(yán)重的同業(yè)競爭壓力，如今生產(chǎn)現(xiàn)場往往非常重視若何提高加工效率，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，但是更為關(guān)鍵的就是若何生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，以此來降低生產(chǎn)制造的廢品率。因此，當(dāng)代工業(yè)就必須實(shí)行更為嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系，因?yàn)橹挥性诒ＷC高質(zhì)量生產(chǎn)的條件下

27、，制造業(yè)才能更加開展得平穩(wěn)一些。為了確保生產(chǎn)出的零件產(chǎn)品性能符合要求與尺寸合格，必須對產(chǎn)品進(jìn)展更為準(zhǔn)確而嚴(yán)格的測量。恰巧三坐標(biāo)在當(dāng)代工業(yè)背景下出現(xiàn)，并且迅速開展和日趨完善，它詮釋了三維空間測量的技術(shù)，如今與三坐標(biāo)測量機(jī)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也漸漸開展壯大起來。在利用三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)展某些復(fù)雜零件的全自動檢測時(shí)，有時(shí)候往往單個(gè)測針不能滿足測量需求，故要在測量的時(shí)候?yàn)闇y頭更換不同的測針。為實(shí)現(xiàn)測量機(jī)整個(gè)運(yùn)行時(shí)期的全自動化，所以要設(shè)計(jì)出適宜的測針更換架來配合PC軟件使用來實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)測量機(jī)的全自動化，使三坐標(biāo)測量機(jī)在測量復(fù)雜零件時(shí)例如汽車氣缸等進(jìn)展高效并且迅速檢測，不需要人為操作。一個(gè)優(yōu)秀的測量機(jī)測針更換架會加快測

28、量機(jī)換針效率，同時(shí)可以降低PC軟件的編程壓力，而且一個(gè)優(yōu)秀的構(gòu)造設(shè)計(jì)可以降低在更換測針時(shí)測頭與更換架相撞的幾率，同時(shí)加快換針效率。2. 三坐標(biāo)測量機(jī)測針更換架設(shè)計(jì)2.1 直線型測針更換架設(shè)計(jì)國內(nèi)外現(xiàn)今采用最多運(yùn)用最廣的測針更換架為直線型，材料諸多為陶瓷或者碳化硅以及高品質(zhì)不銹鋼作為材料。目的是為了讓更換架有更高的穩(wěn)定性，提高換針的重復(fù)性和更換架自身的壽命。直線型測針更換架款式也分為多種，有單排型和階梯型多層型等來滿足測針數(shù)量的要求。在品質(zhì)要求上有嚴(yán)格的直線度要求，一般要求直線度小于10um，測針吸盤與更換架之間有良好的配合間隙，要求兩者之間相對穩(wěn)定，不能有過大的間隙使吸盤在測量機(jī)換針的過程中產(chǎn)

29、生上下浮動的松動現(xiàn)象。而且直線型的測針更換架在安裝在工作臺的時(shí)候也有很高的要求，其槽線應(yīng)與被安裝的工作臺軸線保持高度平行。同時(shí)在擰六角螺釘時(shí)，用的力度要適宜，不可過大或者過小。直線型測針更換架在校驗(yàn)的時(shí)候步驟對比多，也容易出錯(cuò)，對操作者有較高的要求。以下是直線型測針更換架的分類：圖2.1-1以軟件pc-dmis中校準(zhǔn)和配置直線型測針更換架為例 配置測針參數(shù) 先要確定你將要把測針放進(jìn)的倉位比方是1、2、3與取出時(shí)置放的倉位比方是4、5、6 在放進(jìn)時(shí)要注意設(shè)置測針X、Y、Z值，這個(gè)需要目測以及你自己的經(jīng)歷來判斷，取出時(shí)也同樣需要設(shè)置。這個(gè)XYZ值，需要你反復(fù)的運(yùn)行來進(jìn)展修改，以到達(dá)最適宜的數(shù)值。

30、假設(shè)：初始姿勢A0B0置放6號倉位，1號倉位為1號針，2號倉位為2號針 。 假設(shè)你有2個(gè)針需要互換，那么設(shè)置好一個(gè)取出倉位時(shí)，那么必須要同時(shí)設(shè)置一個(gè)放入倉位順序?yàn)橄确湃朐偃〕霰确疆?dāng)初始姿勢為A0B0時(shí)換針：放入6取出1號針，這樣那么為1號針的一個(gè)命令組；換針時(shí)，放入1取出2號針，這樣那么為2號針的一個(gè)命令組放入2號倉位取出6號倉位 在換針的過程中，假設(shè)測頭默認(rèn)設(shè)置成未加載測針，執(zhí)行換針程序的時(shí)候，測頭會自動去取更換架中所定義的測針。然后在更換測針的時(shí)候，測頭會先放回該測針，然后再去拿取另外一個(gè)測針。這種測量機(jī)拿放測針的過程，完全由測量機(jī)單一運(yùn)動進(jìn)展，測頭所經(jīng)過的路程較長。2.2 旋轉(zhuǎn)型測針更換

31、架設(shè)計(jì)2.2.1 構(gòu)造設(shè)計(jì)思想： 存放測針的吸盤和吸盤之間采用圓周式擺放，即許多吸盤通過轉(zhuǎn)接一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸與伺服電機(jī)相連，通過PLC和軟件來準(zhǔn)確控制旋轉(zhuǎn)的角度。不同于直線型測針更換架，旋轉(zhuǎn)型測針更換架能夠?qū)崿F(xiàn)在相對固定的工作臺空間進(jìn)展不同測針的更換，即測針的取換位置相對固定。同時(shí)在設(shè)計(jì)上可以在轉(zhuǎn)軸上添加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，用于實(shí)現(xiàn)測針更換架在工作臺上的粗定位。2.2.2 吸盤和轉(zhuǎn)軸的鏈接設(shè)計(jì)：將吸盤與轉(zhuǎn)軸視為一個(gè)模塊整體?？稍O(shè)計(jì)出不同規(guī)格的型號產(chǎn)品。例如設(shè)計(jì)一個(gè)帶個(gè)4個(gè)吸盤的座架子，吸盤軸向與中心轉(zhuǎn)軸鏈接相互成90，圍繞轉(zhuǎn)軸在同一水平面上一個(gè)6吸盤架子那么成60。具體設(shè)計(jì)方案如圖

32、2.2.2-1以4吸盤座架為例圖2.2.2-12.2.3伺服電機(jī):伺服電機(jī)是一種可執(zhí)行的補(bǔ)助間接變速裝置的機(jī)械元件，它能夠在伺服系統(tǒng)中掌控轉(zhuǎn)軸運(yùn)動的發(fā)動機(jī)。對于轉(zhuǎn)軸的速度、位置的準(zhǔn)確掌控是伺服電機(jī)的特性，同時(shí)伺服電機(jī)的最大控制特點(diǎn)是閉環(huán)控制系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)子在內(nèi)部的轉(zhuǎn)速受到外部電壓信號的控制，并且響應(yīng)速度非常快，在一般的自動控制系統(tǒng)當(dāng)中伺服電機(jī)是系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它擁有時(shí)間常數(shù)小、線性度高和穩(wěn)定等良好特性。在電機(jī)運(yùn)作的時(shí)候，伺服電機(jī)把電信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸上的角位移或者角速度的形式輸出。直流電機(jī)和交流電機(jī)是伺服電機(jī)的兩大類別，它們的主要特點(diǎn)是，當(dāng)電信號電壓為0的時(shí)候，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸并不會發(fā)生自轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)

33、速會跟隨著轉(zhuǎn)矩的增加逐漸下降。在這里舉一個(gè)簡單的伺服電機(jī)運(yùn)用例子，圖中的R1與R2是運(yùn)用惠斯登電橋相連而成的。啟程電路是由LM378雙路4瓦功率放大器構(gòu)成，同時(shí)也以電橋鏈接的形式構(gòu)成差分放大電路。當(dāng)RV2的變化的時(shí)候，電橋的平衡將被打破，使得RV1與RV2兩個(gè)電位器之間產(chǎn)生差分電壓，并且通過放大電路放大后送至電機(jī)。此時(shí)電機(jī)將進(jìn)展轉(zhuǎn)動，然后拖動電位器RV1到新的位置，使電橋重新到達(dá)新的平衡的時(shí)候，電機(jī)將停頓轉(zhuǎn)動。所以說，RV1是跟蹤了RV2的變化。圖2.2.3-1數(shù)字比例遙控系統(tǒng)是伺服電機(jī)的最好類型之一。實(shí)際上集成電路、伺服電機(jī)、減速齒輪盒電位器機(jī)構(gòu)構(gòu)成了數(shù)字比例遙控系統(tǒng)。圖2是這種系統(tǒng)的方塊圖

34、。假定驅(qū)動電路的輸入信號為周期為15ms而脈沖寬度為12ms的脈沖信號，以此來控制伺服電機(jī)輸出的位置，再通過改變輸入脈沖的寬度，例如：1ms脈寬，位置在最左邊；1.5ms在中間位置，2ms在最右邊的位置。圖2.2.3-2每一個(gè)輸入脈沖同時(shí)傳輸至三路。第一路電信號觸發(fā)1.5ms脈寬的固定脈沖發(fā)生器。第二路電信號輸入至上圖中的觸發(fā)脈沖發(fā)生器，最后一路電信號被送入脈寬對比電路。通過齒輪盒輸出至RV1，控制可變寬度的脈沖發(fā)生器。經(jīng)過這三個(gè)脈沖同時(shí)被送入脈寬對比器以后，能確定驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，另一脈沖被送給脈寬擴(kuò)展器，用來控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，使得RV1驅(qū)動電機(jī)的機(jī)械位置輸出時(shí)刻跟隨輸入脈寬的變化。

35、圖3展示了四路數(shù)字比例控制系統(tǒng)的波形圖。圖2.2.3-3從圖2.2.3-3中可以看出輸入的串行數(shù)據(jù)，通過譯碼器別離出各路的控制信號。每一幀信號包含了4ms的同步脈寬，經(jīng)過譯碼器后變成了4路有順序的脈沖信號，信號寬度各不一樣，譯碼器將這4路信號并行輸出，這樣就能夠控制伺服電機(jī)了。2.2.4 PLC運(yùn)用： 在日常工業(yè)生產(chǎn)的過程過，要實(shí)現(xiàn)自動化的生產(chǎn)加工與控制，經(jīng)常要對工件的尺寸或者機(jī)械設(shè)備的機(jī)械移動距離進(jìn)展精準(zhǔn)的定位控制。有些種類的定位控制往往對速度沒有很高的要求，僅僅為了實(shí)現(xiàn)控制對象按指令進(jìn)入指定位置罷了，例如在加工過程中車刀位置的更換與轉(zhuǎn)向，在傳送帶上實(shí)現(xiàn)自動上下料，控制傳送帶的運(yùn)動時(shí)間等。在

36、此類定位控制系統(tǒng)的過程中，執(zhí)行元件往往是伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，若何能夠高效精準(zhǔn)地去控制電機(jī)驅(qū)動從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位控制呢PLC可編程控制器就很簡便得解決了這樣的難題?？删幊炭刂破髟谌粘９I(yè)生產(chǎn)中用途非常廣泛，功能非常強(qiáng)大靈活，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制裝置。運(yùn)用PLC可編程控制器去實(shí)現(xiàn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位，從控制環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)方案去解決實(shí)際工業(yè)上的控制難題是學(xué)好PLC的關(guān)鍵，在PLC中給出設(shè)計(jì)思路，在生產(chǎn)中與電機(jī)聯(lián)動去實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位控制具有很高的實(shí)用意義 1 .運(yùn)動PLC的高速計(jì)數(shù)器指令和旋轉(zhuǎn)譯碼器控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)角度轉(zhuǎn)動、線移動的準(zhǔn)確定位1.1 系統(tǒng)工作原

37、理 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動控制，運(yùn)用PLC的高速計(jì)數(shù)器指令和譯碼器的相互配合，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和測量長度。如今，絕大多數(shù)PLC都具有高速計(jì)數(shù)器功能，例如西門子S7-200系列CPU226型PLC有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器。高速計(jì)數(shù)器能夠?qū)⒚}寬小于PLC主機(jī)掃描周期的高速脈沖信號準(zhǔn)確計(jì)數(shù)下來，不需要增加特殊功能單元的前提下就可以擁有處理頻率高達(dá)幾十或者上百上千kHz的脈沖信號能力。旋轉(zhuǎn)譯碼器能夠使電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的角位移轉(zhuǎn)化成脈沖值信號。 運(yùn)動PLC的高速計(jì)數(shù)器指令和旋轉(zhuǎn)譯碼器控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)角度轉(zhuǎn)動、線移動的準(zhǔn)確定位，其原理是由電動機(jī)轉(zhuǎn)動軸上的光電譯碼器將電動機(jī)角位移轉(zhuǎn)化為脈沖信號，再與PLC中所計(jì)數(shù)出來的脈沖信

38、號作比照，從而實(shí)現(xiàn)定位控制。每發(fā)一個(gè)脈沖信號帶動電動機(jī)轉(zhuǎn)動的角度與伺服電機(jī)的級數(shù)、驅(qū)動器電子齒輪比和配套譯碼器的線數(shù)設(shè)定值有關(guān)。假設(shè)譯碼器是10240的，那發(fā)每一個(gè)脈沖就代表電機(jī)轉(zhuǎn)動了360/10240度，具體反映到減速機(jī)出軸的轉(zhuǎn)動角度那么需要參照電子齒輪比來定。1.2 PLC的構(gòu)造組成1中央處理器CPU CPU是PLC的核心部件，主要用來運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)以及進(jìn)展邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理。2存儲器 可編程控制器的存儲器由只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大局部構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。3電源 PLC的電源是指為CPU、存儲器和

39、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)電源。PLC分為兩類：一類是一體化整體式PLC，另一類是構(gòu)造化模塊式PLC。內(nèi)部主要有：CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈圖2.2.4-12.2.5 伺服驅(qū)動器與PLC的結(jié)合圖2.2.5-11.控制模式的選擇 PA1-01 0 位置控制 1 速度控制 2轉(zhuǎn)矩控制2.每轉(zhuǎn)一周輸入的脈沖數(shù) PA1-05 50003.伺服ON PA3-26 1選取位置控制時(shí)可以對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)展準(zhǔn)確控制。假設(shè)設(shè)定脈沖當(dāng)量為0.001，那么發(fā)送1000個(gè)脈沖能夠使電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一圈。也可設(shè)置成3600個(gè)脈沖為一圈

40、，如此一來10個(gè)脈沖使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過1。比方用絕對位置來定位指令，那么旋轉(zhuǎn)的角度就是相應(yīng)的脈沖數(shù)，900脈沖為90，再輸入1800會繼續(xù)轉(zhuǎn)過90成180，當(dāng)繼續(xù)輸出90時(shí)，電時(shí)機(jī)逆方向轉(zhuǎn)回90。2.2.6整體設(shè)計(jì)： 旋轉(zhuǎn)型測針更換架底盤可以設(shè)計(jì)得較小點(diǎn)，可以防止占用過大的工作臺空間。同時(shí)底盤可以設(shè)計(jì)成用一個(gè)內(nèi)六角螺紋固定在工作臺上。底盤上的內(nèi)部固定一個(gè)伺服電機(jī)，連出兩條線分別為電源線與通信線，通信線與三坐標(biāo)測量機(jī)的控制柜相連。電機(jī)轉(zhuǎn)軸與連接吸盤的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)成鍵相連，形成可拆卸的式樣，便于后期的維修、維護(hù)、保存。同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)也表達(dá)了多樣性與互換性，如此能夠設(shè)計(jì)出不同滿足更換測針要求的旋轉(zhuǎn)座架與底盤配對

41、，而不需要更換整一個(gè)測針更換架。結(jié)論3.1旋轉(zhuǎn)型測針更換架的優(yōu)缺點(diǎn)與直線型測針更換架相比，旋轉(zhuǎn)型測針更換架的構(gòu)造內(nèi)參加了伺服電機(jī)的運(yùn)用，同時(shí)與控制系統(tǒng)相連，所以構(gòu)造和設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，同時(shí)也需要測量軟件的跟進(jìn)與更新。參加了伺服電機(jī)，提高了更換架的成本，同時(shí)在控制和軟件的設(shè)計(jì)上也變得更加麻煩。但是，旋轉(zhuǎn)型測針更換架也有不少優(yōu)點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)的直線型更換架，旋轉(zhuǎn)型測針更換架在校準(zhǔn)上更為方便，通過三坐標(biāo)測針對更換價(jià)上面的測球打點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)粗定位，然后再打點(diǎn)確定測針吸盤位置。另外，在打點(diǎn)確定吸盤位置的過程中，只需要確定一個(gè)吸盤的位置因?yàn)樾D(zhuǎn)型測針更換架是通過改變吸盤位置，而三坐標(biāo)測頭相對于工作臺并沒有發(fā)生位置

42、改變，即相對工作臺而言，換針的過程位置變動較小。旋轉(zhuǎn)型測針更換架占工作臺空間小，吸盤的位置也可按設(shè)計(jì)方案移動，為工作臺騰出更大的空間。而這樣不僅僅使空間面積更大，還減少了干預(yù)空間。在編程測復(fù)雜零件的自動測量程序中，減輕了編程者的壓力。在換針頭過程中，測頭的位置變動較小，減少了測量機(jī)移動的距離，因此也提高了換針效率。直線型測針更換架在生產(chǎn)工藝上更加注重座架直線度要求和安裝人員的安裝要求，確保更換架高度，母線分別于工作臺Z面、軸線平行以減少程序運(yùn)行中撞針、卡針的概率。而旋轉(zhuǎn)型更換架有效降低了這一要求，因此旋轉(zhuǎn)型測針更換架在安裝的時(shí)候并沒有像直線型更換架那樣嚴(yán)苛。總體比照而言，旋轉(zhuǎn)型測針更換架成本更高，技術(shù)難度大。但是相較于直線型更換架而言，它最大的優(yōu)點(diǎn)是安裝要求低，換針效率高而有效降低了