三维测头的工作原理

三维测头的基本构成

本公司生产的三维测头(以下简称测头)分为EP系列和TP系列两类,EP系列测头采用导电式工作原理,TP系列测头采用触发式工作原理。在本手册中介绍的各种型号的测头都具备的基本构成。

导电式测头的工作原理

导电式测头的工作原理:在测头的内部有一个未闭合的有电源电路,该电路断点的两端分别与测头上相互绝缘的测针、测头柄相连接,因此,测头的测针和柄部实际上就是测头内部电路常开开关的两端；当测头通过柄部连接在机床的主轴上时,由于机床和其工作台上的工件(金属材质)都是导电体,所以只要测头上测针的触头与工件表面接触,测头内部的电路就会形成闭合回路,电路立即开始工作并在测头主体上产生声光信号,指明其工作状态。

触发式测头的工作原理

触发式测头的工作原理:在测头内部有一个闭合的有源电路,该电路与一个特殊的触发机构相连接,只要触发机构产生触发动作,就会引起电路状态变化并发出声光信号,指示测头的工作状态；触发机构产生触发动作的唯一条件是测头的测针产生微小的摆动或向测头内部移动,当测头连接在机床主轴上并随主轴移动时,只要测针上的触头在任意方向与工件(任何固体材料)表面接触,使测针产生微小的摆动或移动,都会立即导致测头产生声光信号,指明其工作状态。

在数控机床上采用测头进行测量的工作原理

在数控机床上采用测头进行测量时,先将测头安装在机床的主轴上,然后操作者手动控制机床移动,使测头测针上的触头与工件表面接触,由于机床的数控系统实时地记录并显示主轴的位置坐标值,因此,可以结合测针的触头与工件的具体位置关系,利用机床主轴的坐标值换算出工件被测量点的相关坐标值。获得工件的各个被测量点的相关坐标值以后,再根据各坐标点的几何位置关系进行相关计算②,便可以获得最终的测量结果。

测头的工作状态

在测量过程中,当测针的触头与工件接触时,测头发出指示信号,该信号是由测头上的灯光和蜂鸣器鸣叫组成,这种信号主要是向操作者指明测头的触头与工件已经接触。对于具有信号输出功能的测头,当触头与工件接触时,测头除发出上述的指示信号外,还通过电缆向外输出一个经过光电隔离的电压变化状态信号。

测头在测量过程中的作用

根据上述工作原理,测头在能够执行并显示精确微量位移的机床上才能充分发挥测量的作用,例如:各种数控、数显机床等；测头是这种“测量装置”(即:测头+机床)的一部分,它在测量过程中承担着通过与工件精确接触④来确定测量点的坐标、发出指示信号、保证测量结果精确和测量操作方便、迅速、安全、可靠的任务。

测量的工作方式

测头在数控机床上共有两种工作方式,即:手动工作方式和编程工作方式。对于没有信号输出功能的测头,只能采用手动工作方式。对于具有信号输出功能的测头,两种工作方式均可采用。

采用手动工作方式时,机床的运动由操作者手动控制,测量点的坐标值的记录和测量结果的计算亦由操作者承担。手动工作方式适合单件、小批量或测量项目变化不定的情况。这种方式的优点是使用安全,操作者不需要特别培训；缺点是不适合测量点很多,计算较复杂和大批量生产的情况。

采用编程工作方式时,整个测量过程中机床的运动、被测点坐标值的记录和测量结果的计算都由操作者事先编写的宏程序确定。编程工作方式特别适合大批量或复杂的测量情况。这种方式的优点是对于上述工作情况测量效率高；缺点是要求操作者经过专门的培训。

对于具有自动换刀功能的加工中心而言,采用编程工作方式应该使用具有红外通讯功能的测头,即本公司另外一种先进的产品:CNC-OMS数控机床在线测量系统。这部分内容有单独的《用户手册》介绍如何使用,本手册不做详细说明。

术语解释

相关坐标值

指工件上被测点在机床坐标系内的X、Y、Z坐标值。一般为某一个方向的坐标值,在比较复杂的情况时需要两个或三个方向的坐标值。

相关计算

指为了获得测量结果而对各个相关坐标值所进行的计算。一般为加、减计算,比较复杂的情况需要乘、除或三角函数的计算。

电压变化状态信号

指测头输出的信号为一个开关量信号,此信号状态的变化与测头的指示信号同步。

精确接触

指测头测针上的触头与工件表面恰好接触的理想状态,即两者已经接触但测针相对测头移动(摆动或缩进)的幅度很小(一般为0.001-0.002mm),以至于由此产生的测量误差可以忽略。为了保证测量精度,每个测量点的坐标值都应该在触头与工件处于精确接触的状态时记录。获得精确接触状态的方法是进行2-3次接触与脱离的微量调节,在此过程中应逐渐减小机床进给倍率。

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