坐标测量机连续扫描技术的分析与应用

　　随着现代工业的发展,对测量技术要求越来越高,在测量过程中不仅要测量零件的尺寸、形状、位置等误差,而且要对零件外形和曲线曲面进行测量。例如对汽车车身的测量,就需要大量的连续的测量点对产品进行准确定义。面对这样的要求,传统的单点测量方式就极为有限,而连续扫描技术可以完成以上任务。

　　所谓连续扫描就是指探头接触并沿着被测零件表面运动,自动获取测量数据的测量模式。连续扫描的最大特点是数据率高,在短时间内可以获取大量的数据点,真实反映零件的实际形状,特别适合对复杂零件的测量,如零件的形状,齿轮的齿形、齿向测量,叶片、叶轮、凸轮等零件的测量和产品设计。图1、图2所示为使用连续扫描方式测量平面凸轮和三维轴向凸轮的测量现场和报告形式(使用德国LEITZ公司三维扫描探头TRAX的坐标测量机)。

　　1　连续扫描的方式

　　一般来讲,根据零件几何要素参数是否已知分为两种扫描方式:当零件几何要素参数未知时,采用闭环扫描方式,即测量机的移动根据探头采集的零件表面点信号控制运动;相反,当几何零件已知,扫描采用开环扫描方式,利用已知的零件表面数据控制测量机的运动。

　　2　连续扫描的原理

　　连续扫描技术主要依赖于三维扫描探头技术,因为三维探头可以通过三维传感器感受测量过程中的瞬时受力方向,调整对测量机X、Y、Z三轴马达的速度的分配,使得探头的综合变形量始终保持在某一恒定值附近,从而自动跟踪零件轮廓形状的变化。

　　扫描的过程如下:

　　(1)定义扫描起始点、终止点和扫描方向;

　　(2)探头从起始点开始测量,按照扫描方向向终止点扫描;

　　(3)计算机实时读取线性差动传感器LVDT信号和光栅尺数据,并进行分析;

　　(4)控制系统根据线性差动传感器LVDT信号控制探头的运动方向随零件表面变化。三维扫描探头是一种与触发探头有本质区别的高技术产品。这种探头本身就是一个高精度三维测量装置,它有一套精密机械机构使测端在三轴方向发生小的偏移,用高精度线性差动传感器LVDT对这三个位移进行测量。当测端与被测零件接触时,测端沿接触点曲面的法向移动,内部的高精度测量系统将小位移测量出来,构成测端位移ΔX、ΔY、ΔZ。这些位移构成探测矢量,反映了该瞬间测端位移大小和方向的信息。因此,使用模拟探头的坐标测量机不仅可以得到探头在空间的精确位置,而且可以通过探头信号与控制系统的结合,实现测端与工件表面相接触的连续测量,即扫描测量。图3所示为一种三维扫描探头,德国LEITZ公司的TRAX探头。