测头技术的发展

2020-05-07

测头技术的发展

  不同类型精密测头的现状

  触发式测头

  当触发式测头的末端接触待测零件时,触发信号被触发。它本质上是一个判断触点的问题,即电子开关(也称为开关)工作性质的问题。实现这一功能的方法有压电晶体的压电效应、应变片的变形等。

  在开始将机器弹簧定位在测试头下方时触发,当与被测部件端对端接触时,被测CeGan变速器的接触力为内部触发,当足够的力克服弹簧的内部压力时增加,机械装置的脱离触点,触发信号。用这种方法触发的测头有以下缺点:当测头在不同方向与工件接触时,克服内弹簧所需的接触力不一样,从而导致测头在不同方向与工件接触时,测头的预定位不同,从而降低重复精度。这是导致测量误差的最重要的误差来源,而设计模式并不能避免作业的变化。此外,在与测量头和被测零件接触时,测量杆会受到力引起的弯曲变形,从而导致测量误差随着闭合长度的增加而增大。Renrishaw的第一个跳闸测头TP2只能支持10 m m长的测量棒,预处理变化为3.28μm,单向重复精度为0.35μm。

  在触发式测头中使用固态检测,可以显著提高测头的精度,特别是在使用棒时,可以减少由于预处理变化而产生的测量误差。测量更长时间。Renishaw的新一代IP200触发式测头采用了更灵敏的应变计技术。其结构设计如图所示,由引起接触变形的应变计和机械调整机构隔离,可消除由于振动引起的大部分测量误差;此外,测量头非常紧凑,直径仅为13mm,且易于在工件中延伸,增加了测量头的范围。TP200测量头不仅在测量精度和使用寿命方面取得了长足的进步,而且在使用测量杆较长的情况下,也大大减少了准备变化。对于长度为100 m m的测量棒,单向重复精度为0.5μm,预处理偏差小于1微米;此外,测头的测量力非常低,力X7仅为0.02 N,力Z为0.07 N。

  两个或多个触发技术可以集成到单个触发式测头中,即双触发或多触发,以考虑不同的测量要求。来自德国蔡司公司的ST3探测器采用了两种技术的结合:压电传感器和机电开关。此外,雷尼肖公司的TP800测头结合了机电开关、压电传感器和应变仪技术,以三种方式工作。采用压电传感器触发方式时,测头预行程变化最小;采用机电开关触发方式时,预行程变化最大,精度最低;采用应力计触发方式时,行程变化适中。该球的测量精度也很高:当杆长为50mm时,各方向的单向重复精度仅为0.25微米,制程变化小于0.5微米。多触发式测头一般比传统触发式测头能支持更重、更长的杆件,如RenishawTP800测头能支持高达350mm的杆件;另外,还可以根据实际测量需要选择不同的触发、测速、杆件测量方式,拓宽了应用领域关于探测器。

  扫描式测头

  扫描式测头也称为线性测头,与触发式测头不同,当测头与工件接触时,不仅会发出调整信号,还会给出末端的微位移,即既有调整功能,又有微测量功能。这种测头的技术关键在于能否实现无摩擦、无反馈误差、灵敏度高、运动线性好的三维微制导系统。

  德国蔡司公司的第一批扫描式测头使用了三层叶片导板,每个导板都装有感应传感器,用于检测微位移。测头采用静态检测技术,包括在与工件接触之前获得预定的测量方向。在这个方向与工件接触后,测头发出打滑信号,然后进行打滑运动,然后进入下一个快速前进运动。这种工作模式的特点是:但是测量头也有一个缺点:当测量头朝一个方向(例如X)移动时,其他两个方向(Y和Z)被锁定元件锁定。此外,当测量反向(例如,方向X被方向Y代替)时,锁定元件在锁定和解锁轴时将产生机械零误差,而传感器电感轴在相互替换时将产生电子零误差。

  由德国莱茨公司制造的TRAX扫描式测头系统使用的弹性导轨构造原理与蔡司扫描式测头大致相同,但测量原理完全不同。使用相干光学检测技术测量的tarda,在前三个固定导轨期间,在接触力的方向上,从开始到结束的法向读数,也可以用测力计测量动态接触头,在测量头部的运动方向时,要使水平仪给出方向和正确的点,不仅避免了余弦误差,而且消除了中间带误差的机械零点,测量精度很高。此外,可以进行快速扫描测量,因为一旦针尖与工件接触产生的力达到用户预先确定的值,测头就会在测量点之外的正常方向返回,使被测零件的端部和表面之间几乎没有摩擦。TRAX测头的工作原理使人们能够确定它们是否适合在已知和未知表面上进行扫描测量,这大大拓宽了它们的使用范围。

  瑞士Mecartex公司和METAS(瑞士联邦计量和检验局)联合开发了一种三维接触传感器,该传感器采用了一种新的机械机构,该机构限制自身的旋转运动,并将其平移运动分布在x、y和z方向,它有三个完全自由度;此外,每个方向的运动都可以用感应传感器来测量。由于该机构的所有坐标轴和测隙规都具有相同的角度,重力对每个轴施加相同的影响,因此测隙规在所有三个方向上测量相同的力。测头采用永磁体与测头本体连成一体,便于更换和清洗测头;在意外撞击时,磁体还保护测头本体不受损坏。

  最新开发的精密测头是Renishaw Revo(tm),今年由Renishaw公司推出。可以说,从测量原理上讲,测量头是精密测量头的革命性进步。测头系统在坐标测量机上使用Renscan5(tm)技术。该技术的特点是,检测运动大部分委托给笼架,测量机可以矢量方向匀速运动,最大限度地减小了由于移动坐标测量机的结构和重量引起的动态误差,大大消除了通常的测量现行三轴扫描系统的误差。

  Revo(tm)测量头的两轴采用空气球面轴承技术,由高分辨率编码器的无刷电机驱动,可实现快速和极其精确的定位。为了减少高速运动的头部,旋转飞轮(tm)的动态影响,以及使用光学方法精确定位测量测头末端头部,测量测头的实现正在配备激光光源和传感器位置的活体测试中,测头在测头末端反射镜上倾斜后发出的光束的激光源。测头与工件接触的弯曲变形伴随着反射镜的位移,直接引起光路的变化,测头末端的准确位置可以根据PSD测量的不同光路条件来确定。

  评价触发式测头性能的主要技术指标是制备力的变化、单向重复精度等,扫描式测头比触发式测头结构复杂,应用范围更广。

  非接触式探头

  非接触式探头也可分为一维、二维和三维探头。激光探针一般是一维的。一维探头一般采用接触式测量方式逐点测量被测件,测量速度较慢,不利于精密流量计向高效方向发展;三维探头由于结构复杂,精度也不高对现有技术和理论的制约;非接触式探头的主要发展领域是二维探头。光学视觉探头一般是二维探头。

  在过去的几年里,非接触式探头的发展一直是全球精密仪表制造商的研究中心。非接触式测量可以通过多种方式进行,目前已经有许多非接触式探头在实践中使用,并且可以在市场上买到。Wolf&Beck(德国)系列被测光学IMOs,日本Mitutoyo公司和美国Mitutoyo super ImageScanWorks&Perceptron公司,采用3D激光扫描,比利时METRIS LC系列带光学读数,以色列NEXTEC采用WIZPROBE-Viscan激光扫描公式对first和德国经纪人进行测量随着光学读数的不断提高,已经广泛应用于量的非接触式测量精度。以色列NEXTEC公司的WIZPROBE激光扫描探头采用独特的三角测量原理,其精度不受材料类型、表面形状、激光光柱角度和环境条件的影响。用于扫描小、精、柔、轻、薄等特殊零件,也可用于扫描覆盖件。该调色板的采样频率为50点/秒,激光光斑直径为30微米,测量范围为50毫米+5毫米,测量分辨率为1微米,单点精度为6微米,单点重复性为0。3微米。

  美国Percepton公司的SCANWORKS激光扫描探头采用三角测量法进行三维测量。当激光投影平面切割物体表面时,COD相机获得包含该交点的投影图像,由于精确的校准程序,该图像被转换成三维,从而给出被测物体表面的三维值。探针系统的测量精度为50微米,重复性为20微米。

  精密测头的发展

  总的来说,精密测头,不管是哪一类,近年来都朝着更高的精度、更小的尺寸、更大的互换性、更大的集成度和更大的数字化方向发展。

  由于其成本低、结构简单、能够满足当前的测量要求,触发式传感器在一定时期内仍然是市场上使用最多的传感器。目前,雷尼肖在这一类测量设备中占据了全球90%的市场份额,这种情况在不久的将来不会改变。

  目前的扫描式测头由于结构复杂、体积大、成本高,难以推广。扫描式测头的发展方向是在不影响其精度和扫描速度的前提下,开发结构简单、价格低廉的新型高精度扫描式测头。此外,能够穿透小孔测量微型零件的远程测头也在开发中。特别是纳米可溶解性微泵是一个重要的研究领域。而采用光栅传感器的数字精密测头是扫描式测头发展的一个大趋势,其最终成果将是智能精密测头的发展。扫描法虽然比点测量法更有效,但仍然受到接触法的限制。非接触式测头不接触,在运动中进行测量,避免了精密流量计引起的频繁加速、减速冲击等,大大提高了测量效率;此外,由于非接触式测头的测量力为零,可以测量各种各样的软零件。此外,还可以形成小光点,测量某些难以接触的元素或测量某些细节,测量范围很广;因此,使用精密测头的趋势是非接触式测头将越来越多。

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