回转腔工件壁厚自动测量机构的设计.pdf

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1、回转腔工件壁厚自动测量机构的设计口王海叶武汉工程职业技术学院武汉430080摘要：着重论述了回转腔工件壁厚自动测量装置的硬件结构系统，对其机械机构提出了测量台3轴设计方案，介绍了测量台3轴设计的具体实现及关键部件，并对该设计中可能的误差因素进行分析和定量计算，最后得出结论，列出了设计方案的可行性条件。关键词：壁厚测量设计中图分类号：TG802文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)10一oo64—03回转腔零件壁厚及壁厚差测量装置是典型的机电一体化系统，测量装置包括两部分，一部分为辅助

2、机械机构，如测量台、测量件夹具、测量探头保持架等，目的在于获得所需信号；另一部分为计算机控制与处理系统，包括测量探头信号采集、放大滤波、采样保持和数字信号处理及测量台运动控制等，目的在于对信号的处理并获得所需信息。本文主要针对该测量装置的硬件系统(机械机构)进行研究与开发。1被测对象和检测目的被测对象为回转腔工件，形如喇叭，见图1。检测目的是获得工件壁厚的分布数据，即0～360。成型面(母线)壁厚数据。2机械机构设计测量台采用3轴方案：—Y轴控制工作台按预定轨迹运动，A轴用于回转运动。理论上，通过、

3、y、A轴的联合运动，以及测量件夹具和测量探头保持架的辅助作用，可以使测量探头达到被测工件的任何侧表面。2．1测量台3轴方案设计的具体实现图2为3轴测量台的机械结构和测量系统原理。各轴之间的关系及要求如下：1)A轴的回转中心与被测工件的中心轴要重合。这种几何关系由夹具测量件来保证。内外侧表面。测量探头所在位置由测量探头保持架定2)测量探头所在位位来保证。置与A轴回转中心(即3)测量探头保持架与轴移动载体固连；X轴支被测工件中心轴)所构撑与y轴移动载体固连；X—Y轴联合运动使测量探成的平面与—Y轴平头在

4、—l，平面内移动，并沿工件表面曲线被动转动；面平行并垂直于被测件X—Y轴联合运动轨迹与被测工件母线曲线一致，这由运动控制轨迹规划保证，如图3。收稿日期：2009年4月2O09／10机械制造47卷第542期4)X轴、y轴有效行程不小于200mm。d：√(d+r)一一√r2一L(1)5)A轴可360o自由旋转。误差e为：6)采用步进电机进行、y、A轴的运动控制。考e：>0(2)虑到被测件母线曲线简单，X—Y轴联动的轨迹规划a采用直线插补方法，不用圆弧插补。A轴仅作旋转运从式(1)、(2)分析来看，测量传

5、感器探头位置误差动，转角分辨率由测量要求定。总是使测量结果变大，并且L越大，测量误差e越2．2该设计的关键部件大。运动控制技术特别是步进电机的控制技术，以及2)夹具定位时导致被测件中心轴与轴回转中轨迹插补等都是很成熟的技术，在此不再祥述。心同轴度误差。这种误差可分为以下情况：①两者平该方案中，对系统测量精度有重大影响的几个关行，但不重合。这种误差最终体现为探头位置误差。这键部件是：种情况最坏的影响结果与1)分析相同。②两者不平1)测量传感器探头。测量传感器探头的精度和灵行。这种情况最坏的结果是被测工

6、件中心轴与A轴回敏度直接决定了测量结果的精度。另外，测量传感器探转中心所构成的V-面垂直于～Y平面。这种情况对头保持架的刚度以及位置对准精度也会对测量结果造测量结果影响较大，这种误差最终体现为探头位置误成影响。要求测量探头所在位置与A轴回转中心(即差，但是逐渐增大的。因此，夹具的定位精确度将被测工件中心轴)所构成的平面与—y轴平面平行。对测量结果产生很大影响。2)被测件夹具。设计的夹具能够准确可靠地对被3)A轴同—y平面的平行误差。这种误差给测测件进行定位，使被测工件的中心轴与A轴的回转中量结果带来

7、的影响与2)分析相同。心重合。4)步进电机运动位置误差对测量结果的影响。步3)传感器信号的采样及后续信息处理。其中传感进电机运动位置误差最终体现在测量探头运动轨迹与器信号的放大电路、模拟滤波电路都是影响测量结果被测件母线曲线的误差。如图5所示，假设由于轨迹误的重要因素。信号AD采样位数精度要满足测量精度差导致测量探头偏离法向方向的角度为，理论壁厚的要求。为d，实测壁厚为d，则：2．3该设计中可能的误差因素分析及其定量计算d=d／COS在该方案中，可能对测量结果带来误差的各种因误差为：素很多，但主要有

8、以下几种。在分析某种因素的影响e：———_=：一二竺竺!x100％>，0时，假设其它条件都是理想的，这样有利于简化分析，口COS但又不失一般性。即误差导致测量结果偏大。但是，这种误差微不足1)测量传感器探头位置误差。理论上，在测量中探道，即使偏角达到5。，误差值也不过是真值的0．38％。头位置始终要垂直于工件侧表面(法截面的径向方一般情况下，测量探头运动轨迹与被测件母线曲线不向)。但实际中总会存有误差。如图4所示，r为工件法吻合所产生的误差而导致的偏角误差远远小于5。