三坐标测量仪培训手册9050.docx
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1、 三坐坐标讲义义第一节 课 学前前知识一 三坐标概概况1. 三坐标组组成三坐标主主要由以以下几部部分组成成:测量量机主机机,控制制系统, 计算机机(测量量软件), 测座、测头系系统。2. 测量机主主机 这是测量量机的基基本硬件件,有多多种结构构形式:移动桥式式:活动动桥式测测量机是是使用最最为广泛泛的一种种机构形形式。 特点是是开敞性性比较好好,视野野开阔,上上下零件件方便。运动速速度快,精精度比 较高。有小型型、中型型、大型型几种形形式。 固定桥桥式:固固定桥式式测量机机由于桥桥架固定定,刚性性好,动动台中心心驱动、 中心心光栅阿阿贝误差差小,以以上特点点使这种种结构的的测量机机精度 非常高
2、高,是高高精度和和超高精精度的测测量机的的首选结结构。 高架桥桥式: 高架桥桥式测量量机适合合于大型型和超大大型测量量机,适适合于航航空、 航天、造船行行业的大大型零件件或大型型模具的的测量。一般都都采用 双光栅栅、双驱驱动等技技术,提提高精度度。 水平臂臂式: 水平臂臂式测量量机开敞敞性好,测测量范围围大,可可以由两两台机器器共同组组 成双双臂测量量机,尤尤其适合合汽车工工业钣金金件的测测量。关节臂式式: 关关节臂式式测量机机具有非非常好的的灵活性性,适合合携带到到现场进进行测量量, 对对环境条条件要求求比较低低。各种结构构三坐标标“图”以活动桥桥式测量量机为例例,介绍绍三坐标标主要组组成及
3、功功能: 工作台(一一般采用用花岗石石),用用于摆放放零件支支撑桥架架; 工工作台放放置零件件时,一一般要根根据零件件的形状状和检测测要求,选选择适合合的夹具具或支撑撑。要求求零件固固定 要要可靠,不不使零件件受外力力变形或或其位置置发生变变化。大大零件可可在工作作台上垫垫等高块块,小零零件可以以放 在在固定在在工作台台上的方方箱上固固定后测测量。桥架,支支撑 ZZ 滑架架,形成成互相垂垂直的三三轴; 桥架是是测量机机的重要要组成部部分,由由主、附附腿和横横梁、滑滑架等组组成。桥桥架的驱驱动部分分和光栅栅基本都都 在主主腿一侧侧,附腿腿主要起起辅助支支撑的作作用。由由于这个个原因,一一般桥式式
4、测量机机的横梁梁长度不不超过 2.55 米,超超过这个个长度就就要使用用双光栅栅等措施施对附腿腿滞后的的误差进进行补偿偿,或采采用其他他机构形形式。 滑架,使使横梁与与有平衡衡装置的的 Z 轴连接接; 滑滑架连接接横梁和和 Z 轴,其其上有两两轴的全全部气浮浮块和光光栅的读读数头、分气座座。气浮浮块和读读数头的的调 整整比较复复杂,直直接影响响测量机机精度,不不允许调调整。导轨,具具有精度度要求的的运动导导向轨道道,是基基准; 导轨是是气浮块块运动的的轨道,是是测量机机的基准准之一。压缩空空气中的的油和水水及空气气中的灰灰尘会污污染导轨轨,造成成导轨道道直线度度误差变变大,使使测量机机的系统统
5、误差增增大,影影响测量量精度。要保持持导轨道道完好, 避免对对导轨磕磕碰,定定期清洁洁导轨。光栅系统统(光栅栅、读数数头、零零位片),是是基准; 光栅栅系统是是测量机机的测长长基准。光栅是是刻有细细密等距距离刻线线的金属属或玻璃璃,读数数头使用用光学的的方 法法读取这这些刻线线计算长长度。为为了便于于计算由由于温度度变化造造成光栅栅长度变变化带来来的误差差,采用用光栅 一端固固定,另另一端放放开,使使其自由由伸缩。另外在在光栅尺尺座预置置有温度度传感器器,便于于有温度度补偿功功 能的的系统进进行自动动温度补补偿。 零位片片的作用用是使测测量机找找到机器器零点。机器零零点是机机器坐标标系的原原点
6、,是是测量机机误差补补偿和测测 量机机行程终终控制的的基准。驱动系统统(伺服服电机、传动带带); 驱动系系统由直直流伺服服电机、减速器器、传动动带、带带轮等组组成。驱驱动系统统的状态态会影响响控制系系统的参参 数,不不能随便便调整。空气轴承承气路系系统(过过滤器、开关、传感器器、气浮浮块、气气管); 空气气轴承(又又称气浮浮块)是是测量机机的重要要部件,主主要功能能是保持持测量机机的各运运动轴相相互无摩摩擦, 由于气气浮块的的浮起高高度有限限而且气气孔很小小,要求求压缩空空气压力力稳定且且其中不不能含有有杂质、油,也也 不能能有水。过滤器器系统是是气路中中的最后后一道关关卡,由由于其过过滤精度
7、度高,非非常容易易被压缩缩空气中中的 油油污染,所所以一定定要有前前置过滤滤装置和和管道进进行前置置过滤处处理。气气路中连连接的空空气开关关和空气气传 感感器都具具有保护护功能,不不能随便便调整。支承(架架)、随随动带。 小型型测量机机采用支支架支撑撑测量机机工作台台,中、大型测测量机一一般采用用千斤顶顶支撑工工作台。都采用用三 点点支撑,在在一个支支撑的一一侧,有有两个附附助支撑撑,只起起保险作作用。每每个支撑撑都有一一个海绵绵垫,能能够 吸吸收振幅幅较小的的震动,如如果安装装测量机机的附近近有幅度度较大的的震动源源,要另另外采取取减震措措施。 三三坐标内内部结构构示意图图3.控制制系统 这
8、是测量量机的控控制中枢枢,主要要功能:控制、驱驱动测量量机的运运动,三三轴同步步、速度度、加速速度控制制; 操操纵盒或或计算机机指令通通过系统统控制单单元,按按照设置置好的速速度、加加速度,驱驱动三轴轴直流伺伺服电机机转 动动,并通通过光栅栅和电机机的反馈馈电路对对运行速速度和电电机的转转速进行行控制,使使三轴同同步平稳稳的按指指定 轨轨迹运动动。运动动轨迹有有飞行测测量、点点定位两两种方式式,飞行行方式测测量效率率高,运运动时停停顿少。点定 位方式式适合指指定截面面或指定定位置的的测量。可以通通过语句句进行设设置。在在进入计计算机指指令指定定的触测测 的探探测距离离时,控控制单元元会控制制测
9、量机机由位置置运动速速度转换换到探测测速度,使使测头慢慢速接近近被测零零件。 在有触触发信号号时采集集数据,对对光栅读读数进行行处理; 当通通过操纵纵盒或计计算机指指令控制制运动的的测量机机测头传传感器与与被测零零件接触触时,测测头传感感器(简简称 “测头”)就会会发出被被触发的的信号。信号传传送到控控制单元元后,立立即令测测量机停停止运动动(测头头保护功功能),同同时锁存存此刻的的三轴光光栅读数数。这就就是测量量机测量量的一个个点的坐坐标。 根据补补偿文件件,对测测量机进进行 221 项项误差补补偿; 测量机机在制造造组装完完成后,都都要使用用激光干干涉仪和和其它检检测工具具对 221 项项
10、系统误误差(各各轴的两两个 直直线度、两个角角摆误差差、自转转误差、位置度度误差,三三轴之间间的两个个垂直度度误差,共共 211 项)进进行 检检测,生生成误差差补偿文文件,将将这些误误差用软软件进行行补偿,以以保证测测量机精精度符合合合同的的要求。测 头头触发后后锁存的的每一个个点坐标标都要经经过误差差计算、补偿后后再传送送给计算算机软件件。采集温度度数据,进进行温度度补偿; 有温温度补偿偿功能的的测量机机,可以以根据设设定的方方式自动动采取各各轴光栅栅和被测测零件的的温度,对对于测量量 机和和零件温温度由于于偏离 20带来的的长度误误差进行行补偿,以以保持高高精度。 对测量机机工作状状态进
11、行行监测(行行程控制制、气压压、速度度、读数数、测头头等),采采取保护护措施; 控制制系统内内部设有有故障诊诊断功能能,对测测量机正正常工作作及安全全有影响响的部位位进行检检测,当当发现这这些 有有异常现现象时,系系统就会会采取保保护措施施(停机机,断驱驱动电源源),同同时发出出信息通通知操作作人员。对扫描测测头的数数据进行行处理,并并控制扫扫描: 配备有有扫描功功能的测测量机,由由于扫描描测头采采集的数数据量非非常大,必必须有专专用的扫扫描数据据处 理理单元进进行处理理,并控控制测量量机按照照零件表表面形状状,保持持扫描接接触的方方式运动动。与计算机机进行各各种信息息交流。 虽然然控制系系统
12、本身身就是一一台计算算机,但但是没有有与外界界交互动动介面,其其内部的的数据都都要通过过 与上上位计算算机的通通讯进行行输入和和设置。控制信信息和测测点的数数据都通通过信息息传输、交流。交流方方式 主主要是 RS2232 接口或或网卡。控制柜,控控制器图图4. 计算机(测测量软件件) 计算机(又又称上位位机)是是数据处处理中心心,主要要功能:对控制系系统进行行参数设设置; 上位计计算机通通过“超级终终端”方式,与与控制系系统进行行通讯并并实现参参数设置置等操作作。可以以使 用用专用软软件对系系统进行行调试和和检测。进行测头头定义和和测头校校正,及及测针半半径补偿偿: 不不同的测测头配置置和不同
13、同的测头头角度,测测量的坐坐标数值值是不一一样的。为使不不同配置置和不同同测 头头位置测测量的结结果都能能够统一一进行计计算,测测量软件件要求进进行测量量前必须须进行测测头校正正,以获获得测 头配置置和测头头角度的的相关信信息。以以便在测测量时对对每个测测点进行行测针半半径补偿偿,并把把不同测测头角度度 测点点的坐标标都转换换到“基准”测头位位置上。建立坐标标系(零零件找正正) 为为测量的的需要,测测量软件件以零件件的基准准建立坐坐标系统统,称零零件坐标标系。零零件坐标标系可以以根据 需要,进进行平移移和旋转转。为方方便测量量,可以以建立多多个零件件坐标系系。对测量数数据进行行计算和和统计、处
14、理; 测量量软件可可以根据据需要进进行各种种投影、构造、拟和计计算,也也可以对对零件图图纸要求求的各项项形位 公差进进行计算算、评价价,对各各测量结结果使用用统计软软件进行行统计。借助各各种专用用测量软软件可以以进行齿齿 轮、曲线、曲面和和复杂零零件的扫扫描等测测量。 编程并并将运动动位置和和触测控控制通知知控制系系统; 测量软软件可以以根据用用户需要要,采用用记录测测量过程程和脱机机编程等等方法编编程,可可以对批批量零件件进 行行自动和和高精度度的测量量或扫描描。 输出测量量报告; 在测测量软件件中,操操作员可可以按照照自己需需要的格格式设置置模板,并并生成检检测报告告输出。 传输测测量数据
15、据到指定定网路或或计算机机。 通通过网络络连接,计计算机可可以进行行数据、程序的的输入和和输出。软件界面面图5.测座座、测头头系统 测座、测头系系统是数数据采集集的传感感器系统统,主要要功能:测头传感感器在探探针接触触被测点点时发出出触发信信号: 测头部分分是测量量机的重重要部件件,测头头根据其其功能有有:触发发式、扫扫描式、非接触触式(激激光、光光 学)等等。触发发式测头头是使用用最多的的一种测测头,其其工作原原理是一一个开关关式传感感器。当当测针与与零件产产 生接接触而产产生角度度变化时时,发出出一个开开关信号号。这个个信号传传送到控控制系统统后,控控制系统统对此刻刻的 光光栅计数数器中的
16、的数据锁锁存,经经处理后后传送给给测量软软件,表表示测量量了一个个点。 扫描式测测头有两两种工作作模式:一种是是触发式式模式,一一种是扫扫描式模模式。扫扫描测头头本身具具有三 个相互互垂直的的距离传传感器,可可以感觉觉到与零零件接触触的程度度和矢量量方向,这这些数据据作为测测量机的的控 制制分量,控控制测量量机的运运动轨迹迹。扫描描测头在在与零件件表面接接触、运运动过程程中定时时发出信信号,采采集光栅栅数据,并并可以根根据设置置的原则则过滤粗粗大误差差,称为为“扫描”。扫描描测头也也可以触触发方式式工作, 这种方方式是高高精度的的方式,与与触发式式测头的的工作原原理不同同的是它它采用回回退触发
17、发方式。 测头控控制器(PPI2000、PPI7)控控制测头头工作方方式转换换(TPP2000、TPP7); TPP2000、TPP7 测测头是高高精度测测头,它它们的特特点是灵灵敏度高高,可以以接比较较长的测测针。但但是灵敏敏 度高高会造成成测量机机高速运运动时出出现误触触发。测测头控制制器控制制测头在在测量机机高速运运动时处处于高阻阻 (不不灵敏)状状态,触触发时进进入灵敏敏状态度度转换。在手动动方式时时一般都都是以操操纵盒的的“速度控控制键” 进行行控制状状态转换换,即低低速运动动时是测测头的灵灵敏状态态。测座控制制器根据据命令控控制测座座旋转到到指定角角度。测座控制制器可以以用命令令或
18、程序序控制并并驱动自自动测座座的旋转转到指定定位置。手动的的测座只只能由人人 工手手动方式式旋转测测座。 测头(针针)更换换架可以以在程序序运行中中,自动动更换测测头(针针),避避免程序序中的人人工干预预,提高高 测量量效率。 各系列测测头座,测测头,加加长杆,测测针图二 三坐标原原理1. 运动原理理运动部件件是通过过气浮与与花岗岩岩导轨之之间形成成一层气气膜来实实现运动动部件悬悬浮,再再由伺服服系统驱驱动其运运动,运运动所需需功率小小,不用用担心导导轨磨损损。气浮与导导轨接触触图2. 测量原理理 一一把尺子子,当规规定了其其正方向向和原点点,则这这把尺子子就相当当于一个个数轴;假如两两把尺子
19、子相互垂垂直放置置,规定定了两把把尺子的的正方向向,并且且交点为为原点,这这样就形形成一个个平面直直角坐标标系;同同样,三三把尺子子相互垂垂直放置置,规定定了三把把尺子的的正方向向,并且且规定三三把尺子子交点为为原点,这这样就形形成一个个空间直直角坐标标系。三坐标三三轴导轨轨上都贴贴有高精精度光栅栅尺,运运动部件件上装有有读取光光栅信号号的装置置叫读数数头,读读数头与与光栅尺尺的相对对运动产产生坐标标变化,当当规定了了三轴光光栅尺零零位后,读读数头就就读取的的是当前前机器坐坐标系下下的坐标标值,读读数头再再把数据据通过控控制系统统传递到到电脑、软件。这样我我们就在在软件上上看到的的当前坐坐标值
20、。光栅尺、读数头头“图”3. 计数原理理1、 在坐标空空间中,可可以用坐坐标来描描述每一一个点的的位置。 2、 多个个点可以以用数学学的方法法拟合成成几何元元素,如如:面、线、圆圆、圆柱柱、圆锥锥等。 3、 利用几何何元素的的特征,如如:圆的的直径、圆心点点、面的的法矢、圆柱的的轴线、圆锥顶顶点等可可以计 算这些些几何元元素之间间的距离离和位置置关系、进行形形位公差差的评价价。 4、 将复杂的的数学公公式编写写成程序序软件,利利用软件件可以进进行特殊殊零件的的检测。齿轮、叶片、曲线 曲面、数据统统计等。 5、 主要算法法是最小小二乘法法。 三、 气源系统统1. 气路走向向2. 气源系统统控制原
21、原理3. 注意事项项四、手操操器MCCU llitee-2急停开关关 速速度旋钮钮 测测头中断断指示灯灯 设备状状态指示示灯快慢速选选键 测头中中断按键键 解除除错误键键 三三轴锁定定按键 插插入GOOTO指指令键 删除除测点键键测头角度度控制键键 自动运运行指令令键 元素素自动识识别确认认键 遥控杆杆五三坐坐标维护护及开关关机步骤骤、开机前前维护1、打开开室内空空调,调调整温度度到2002。 2、检查查空压机机机油油油位是否否正常。3、放掉掉油水(或或气水)分分离器内内的水。4、检查查电路、气路,保保证满足足使用要要求。5、清理理导轨上上障碍物物,用脱脱脂棉沾沾取1220#汽汽油擦拭拭导轨,
22、在在擦拭导导轨过程程中要向向一个方方向擦拭拭,不能能来回擦擦拭,也也不能擦擦到光栅栅尺上。开开机步骤骤:1. 打开气源源,工作作压力大大于0.60MMpa2. 接通系统统总电源源、打开开控制柜柜电源(旋旋转到“ON”位置)3. 打开电脑脑4. 打开急停停开关(顺顺时针旋旋转),打打开控制制柜和手手操器上上急停开开关。5. 打开UCCCseerviice、打开RRatiionaalDMMIS。6. 机器回零零(速度度旋钮不不能太小小) 关机步步骤1. 用手控器器移到机机器到安安全位置置(三轴轴离零位位1000mm)2. 把测座旋旋转到AA90 B1880的安安全位置置3. 按下操纵纵盒或控控制柜
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- 坐标 测量仪 培训 手册 9050
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