传感器在三坐标测量仪中的应用
三坐标测量机是一类大型精密测量仪器。

它具有空间二个相互垂直的运动导轨
和祁应的二个坐标的位移测量装置，并配有不同性能的测量头、实现对空间点、线、面及其相互
位置呐测量。

一、三坐标测量仪的传感检测系统
二：坐标测量仪的种类较多，性能各异，但其构成框图大多如图15—11所示。

三坐标测量仪由机械部分、ATMEL代理商计算机和二坐标测量仪系统软件部分、测量系统、测量头(探
头)及附件构成。

其中测量系统对三坐标测量仅的测量精度、成本影响较大。

测量系统种类很
多，按其性质可分为机械式测量系统、光学式测量系统和电学式测星系统。

‘1)机械式测量系统机械式测量系统在现代坐标测量仪上／、V用已经很少。

(2)光学式测旦系统最常见的是光栅测量系统。

它是利用美尔条纹原理检测坐你的移
动量。

由于光栅精度高，信号样易纫分，因此，现代二坐标测量仪，持别足计量型测量仪，更多
采用这种测量系统。

使用令箭保持清洁的工作环境。

除光栅测量系统外，其他光学式测量系
统尚有光学读数刻线尺、光电显微镜和光学编码器、激光下涉仪等，
(3)电学式测星系统最常见的是感应同步器测量系统和磁尺测量系统。

感府同枣器的
特点足成本低，对环境的适应性强、个伯灰尘和油污，精度在Lm内通常可达l o Mm，常用十少
产型三坐标测量仪。

舷尺也心容易制造、成本低品安装等优点．其精度略低3：感应向步器，在
600 n，m内约为主10 J1”，在中、高精度三坐标测旦仪L应用较少。

二、三坐标测量仪的测量探头
；坐标测量探头安装在各轴的下端。

被侧物不同v测旦探头的形式也不向v阁懒—12为常
用的儿种形式。

三坐标测量仪的测量探头按测量方法分为接触式和非接触式购大类。

单片机接触式测头应用比
较厂没，非接触式测头多用于一些特殊场合的测量。

接触式测头可分为硬测头和软测头两类。

硬测头多为机械测头．主要用于手动测里和精度要求不高的场合，现代三坐标测量仪(特别是
L’N(”三坐标测量仪)牧少使用这种测量头。

软测头是目前三坐标测量仪普遍使用的测量头。

软侧又主要有触发式测头和三维测微洲头。

二维测微测头亩模拟测头和数字测头。

模拟测头
多采用电感传感器；数宁测头多采用光栅传感器。

这里只介绍触发式测头和二维电感测头。

(1)触发式测头亦称电触式测头，其作用是瞄准。

它可用于“飞越”测量，即在检测过程
中．测头缓缓前进，当测头接触工件并过零点时，侧头即自动发出信号，采集各坐标值，而测头
则不滞要川rj停止或退回．即允许若干毫米的超程。

触发式测头的结构形式很多，图
15—13是其中之一。

测头主体是由上主体3与下底座10及二根肪转杆2组成，用三
个螺订紧固成一体。

测杆11装在测杆座7L—，其底面装宙120“均布的三个圆柱体
入圆柞体8与浆在下底座的6个钢球9两两相配、dI成三刘钢球接触剐。

测杆座为一
半球形，顶部有一压力弹簧6向卜压紧、4A三对接触副自动接触。

弹簧力大小用3个
测力调整螺丝5调节。

为广防止洲杆压在运动中绕轴N转动，采用了防转杆2，测杆
比上的防转槽是为了粗略地防jL产生大胸tU转角W使接触副钳5L。

电路导线内颓爬
4引出。

触发式洲头的工作原理相当于零伙发信斤关。

肖二对钢球接触副均匀接触时，测杆处于零位。

当测杆与被测件接触时，测杆被推向仟一方向。

发生偏转或顶起，此
时三对钢球接触副必然有一对脱开、电路方即断开，随即发出过零信号，同时指示灯
点亮。

当测杆与被侧件脱离后、外力消失，由于压力弹簧6的作用，使洲杆回到原始
位置。

这种测头的单向审复稍度‘＜1ym。

测头测扦长度J与触点至中心的半径f
之间的比例关系将影响瞄准精度，一般f／』的比值胆大，瞄准精度越高。

洲杆轴线方
向的测力为〔)．3—“1N，侧杆垂直方向的测力为01一r 3N。

Atmel测端直径、洲端接触
变形及测杆变形的系统值，可按巴结定的数值在计算机中修止。

(2)三维电感侧头三维电感洲头有钢球式、双片簧式等不同的结构形式。

其中双片笛式
又有不同的结构设计。

这里仅介绍一种双片簧式三绝电感测量测头。

闻15—14是一种三层
式的结构形式，三向测微出广至下按f、y1?排列，伶层结构基本相同。

各层结构均由三部分
组成：一是感受部分。

它由电感传感器7组成，当测杆发生位移时，各向传感器发出各自的信
号。

二是测力机构。

采用电磁式测力机构8，当测杆向一个方向运动时、为了顶加测力，电磁
洲力机构向肋测方向产生电磁测力，同时给测杆一个预偏量。

当测杆与工件接触时，即推压删http://www.ebv.hk/atmel/mcu
杆，直至过零发出信号。

这一道程完成后，电磁测力又按新的测量要求施加到该方向。

如果一
个侧微坐标被锁紧．亿宾微电子则此坐标的电磁力应释放开。

于是零位锁紧机构。

三向测头的三个方向
不一定同时L作，往往需要锁紧—向或两向(有的测头不需锁紧)。

锁紧机构用电磁铁
操纵．需要锁紧时，将线圈136少量流断开．则衔钦N被——块水久磁铁11吸引向上运动，衔铁可绕片簧12转动而使阅锥销9插入小
座15的扎内．将该方向锁紧在零位上。

肖需要打开锁紧时，将线圈13通以电流，其电磁力克服永久磁铁11的吸力，将锥销从小座的孔中拔出，成为自由状忠。

测杆腔l装在最F层Z方向的片簧机构卜
为了平衡共更量．采用弹簧5吊并，并没置螺旋调整机构来调整平衡力的大小。

销子3为了防止螺母4转动而设置。

它可在螺毋4的外因槽内滑动。

测杆座l上
装有!个探头，N方便地对各种工件进行测量。

该测头的电感传感器的重复精度为
o．1P rn。

包括平行片笑机构等在内测头总误差为o．5flm。

非接触测头的优点在J：
测头不与被测1：件接触，因的无测力，4；划伤工件．同时也可快速测量G非接触测
头的种类较多，在三坐标测量仪上常用激光测头、光学测头、电视扫描测头等。

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