基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的送瓶變距螺桿導(dǎo)程誤差的檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析

楊寶鵬　尹秉奎　王洪亮　梁仍余

摘 要：本文介紹了通過(guò)接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)送瓶變距螺桿進(jìn)行取點(diǎn)的方法，分析了該送瓶變距螺桿導(dǎo)程誤差的檢測(cè)數(shù)據(jù)，再利用CAD對(duì)螺距進(jìn)行送瓶距離進(jìn)行螺距的變化判斷，與理論計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到其導(dǎo)程變化的綜合誤差。通過(guò)該方法的檢測(cè)與分析，能大大提高檢測(cè)的精度及導(dǎo)程誤差的數(shù)據(jù)分析的精確性。更有利于送瓶機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的研究，同時(shí)，為檢測(cè)螺桿綜合動(dòng)態(tài)誤差打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)；變距螺桿；誤差；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)：TG806 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

自用工成本大步提高，自動(dòng)生產(chǎn)線的應(yīng)用日益增多，日常生活中瓶瓶罐罐的產(chǎn)品數(shù)不勝數(shù)。在瓶裝、灌裝產(chǎn)品在自動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，分件變距螺桿是必不可少的基礎(chǔ)構(gòu)件，其構(gòu)造的設(shè)計(jì)是否合理會(huì)直接影響產(chǎn)品分件的平穩(wěn)性、傳送的速度以及自動(dòng)化生產(chǎn)的整體效率。本文是利用三坐標(biāo)的取點(diǎn)功能，測(cè)量車銑中心加工出來(lái)的變距螺桿在一個(gè)截面上的坐標(biāo)點(diǎn)，并通過(guò)后續(xù)處理得到其送瓶螺距誤差，從而得到其運(yùn)動(dòng)誤差。

1.測(cè)量原理

1.1 三坐標(biāo)測(cè)量原理

所有形狀都是由空間點(diǎn)組成的，所有的幾何測(cè)量都可以歸結(jié)為空間點(diǎn)的測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的基本原理是將被測(cè)零放在測(cè)量工作臺(tái)上，且能正常測(cè)量的空間內(nèi)，并相對(duì)于測(cè)量?jī)x的機(jī)床零點(diǎn)建立測(cè)量零件的零件坐標(biāo)系，則能精確地測(cè)出被測(cè)零件表面的點(diǎn)在空間3個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值。復(fù)合接觸式三坐標(biāo)是由控制系統(tǒng)，光柵尺，測(cè)量軟件系統(tǒng)、測(cè)頭及計(jì)算機(jī)組成的精密測(cè)量設(shè)備。

在測(cè)量時(shí)，通過(guò)測(cè)量軟件系統(tǒng)選擇測(cè)量項(xiàng)目的指令，通過(guò)設(shè)備控制系統(tǒng)，操控各軸的運(yùn)動(dòng)，是測(cè)頭相對(duì)于被測(cè)工件進(jìn)行接觸式取點(diǎn)測(cè)量的運(yùn)動(dòng)。各軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)取點(diǎn)的坐標(biāo)值和此刻光柵尺的計(jì)算值，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化分析處理，輸出該點(diǎn)的坐標(biāo)值。

1.2 螺桿導(dǎo)程形狀分析

如圖1所示為待測(cè)的變距螺桿，該螺桿是飲料灌裝機(jī)中送瓶機(jī)構(gòu)的分瓶螺桿，當(dāng)螺桿以一定的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，瓶P則向著軸線方向自左向右的作變速運(yùn)動(dòng)。螺桿分成3段，H1為勻速段，H3為等加速段，H2為變加速過(guò)渡段，是為了避免加速度突變?cè)斐傻臎_擊，一般采用正弦形式的變加速度曲線。設(shè)P走完H1耗時(shí)t1，走完H2耗時(shí)t2，走完H3耗時(shí)t3，A為H3段的加速度，則加速度曲線的方程為：

通過(guò)測(cè)量曲面單一截面導(dǎo)程，也就是轉(zhuǎn)過(guò)360°后截面的距離誤差，我們可以估算螺桿的導(dǎo)程誤差，根據(jù)送瓶螺桿的送瓶原理，測(cè)量單一截面螺距的曲線，擬合出相應(yīng)的瓶中心距離，以此作為送瓶螺桿中心距離變化的測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.測(cè)量方法設(shè)計(jì)

根據(jù)上述測(cè)量原理及螺桿導(dǎo)程形狀的分析，本次測(cè)量采用BY1086型接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)分度頭的三爪卡盤夾緊變距螺桿的一端，利用尾座頂尖使得螺桿軸心線與測(cè)量工作臺(tái)平行，再校準(zhǔn)螺桿與測(cè)量機(jī)Y軸的運(yùn)動(dòng)方向平行度。測(cè)量螺桿的裝夾方案如圖2所示，圖3為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量取點(diǎn)方法。

通過(guò)三坐標(biāo)取點(diǎn)得到的點(diǎn)坐標(biāo)值，可以通過(guò)IGS的方式導(dǎo)出來(lái)，并通過(guò)Excel表格將X、Y、Z的點(diǎn)坐標(biāo)值錄入，得到相應(yīng)的螺距在一個(gè)截面上變化的曲線。圖4為三座標(biāo)測(cè)量機(jī)得到的點(diǎn)，圖5為將點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)excel表格處理得到的曲線圖。

3.測(cè)量數(shù)據(jù)分析

圖6為測(cè)量得到的數(shù)據(jù)利用CAD軟件擬合出來(lái)的曲線，數(shù)據(jù)以X、Y、Z的坐標(biāo)方式進(jìn)行排列，測(cè)得單一截面曲線在空間的坐標(biāo)值，因?yàn)殒i定一個(gè)方向，因此該坐標(biāo)有一個(gè)數(shù)值是不變的，在后續(xù)數(shù)據(jù)處理將其轉(zhuǎn)換成平面曲線的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)，來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和判斷。

利用CAD對(duì)螺距進(jìn)行送瓶距離進(jìn)行螺距的變化判斷，通過(guò)與理論計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以得到其螺距變化的誤差。

結(jié)論

本文講述了一種變距送瓶螺桿的測(cè)量與數(shù)據(jù)處理方法，主要是用來(lái)檢測(cè)送瓶螺桿導(dǎo)程（螺距）誤差。使用該方法能夠測(cè)量出送瓶螺桿的螺距變化的綜合誤差，即實(shí)際工作的送瓶誤差，通過(guò)對(duì)誤差的測(cè)量，能夠判斷送瓶機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，包括加速度及速度特性，為檢測(cè)螺桿綜合動(dòng)態(tài)誤差打下基礎(chǔ)。該方法可以通過(guò)三坐標(biāo)取點(diǎn)坐標(biāo)，并做簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)擬合就能夠得到一個(gè)大致的測(cè)量數(shù)據(jù)，無(wú)須太多測(cè)量工作量，不需要專用的測(cè)量設(shè)備既可以完成，為變距螺桿快速測(cè)量和數(shù)據(jù)分析提供了一種參考的途徑和方法。

參考文獻(xiàn)

[1]尹秉奎，徐敏，黃鎮(zhèn)昌，等.基于LabVIEW的變距螺桿測(cè)試系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006（12）：141-143.