一、測頭測量的原理

1.接觸式測量:測頭在接收到接觸信號后,觸發(fā)測頭與機(jī)床之間的信號傳輸,從而獲取測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

-機(jī)械式測頭:通過彈簧、電接點(diǎn)等機(jī)械裝置實現(xiàn)接觸檢測。

-電子式測頭:采用應(yīng)變電阻、壓電陶瓷等敏感元件,實現(xiàn)高靈敏度的接觸檢測。

2.掃描式測量:測頭以恒定接觸力連續(xù)掃描工件表面,高頻采集被測表面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

-模擬掃描:通過彈性元件和傳感器,將測頭偏轉(zhuǎn)量解析為連續(xù)的模擬信號。

-數(shù)字掃描:測頭內(nèi)置數(shù)字傳感器,直接輸出被測表面的三維坐標(biāo)。

二、測頭的選型與安裝

1.測頭的選擇:根據(jù)測量對象的材質(zhì)、尺寸、精度等要求,選擇合適類型和規(guī)格的測頭。

-針對尺寸測量,選擇測量范圍匹配、重復(fù)精度高的測頭。

-針對輪廓測量,選擇觸發(fā)靈敏度高、方向性好的矢量測頭。

2.測頭的安裝:將測頭安裝在三坐標(biāo)測量機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等設(shè)備的測頭架上。

-機(jī)械安裝:使用螺釘、卡盤等緊固件,保證安裝剛度和重復(fù)性。

-電氣連接:連接測頭信號線和控制系統(tǒng),確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實時性。

3.測頭標(biāo)定:建立測頭坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系,消除安裝誤差。

-采用標(biāo)準(zhǔn)球、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)等已知尺寸的量具,采集測頭在多個空間位置的坐標(biāo)值。

-通過坐標(biāo)擬合,計算出測頭球心相對于機(jī)床原點(diǎn)的偏移量和方向余弦。

三、測頭測量的應(yīng)用

1.工件找正:通過測頭采集工件表面的若干點(diǎn)坐標(biāo),計算工件實際位置和姿態(tài)。

-方法一:通過測量工件的外輪廓特征,如平面、圓柱面、錐面等,構(gòu)建工件坐標(biāo)系。

-方法二:通過測量工件的基準(zhǔn)特征,如基準(zhǔn)孔、基準(zhǔn)槽等,確定工件的基準(zhǔn)方向。

2.刀具測量:利用測頭對刀具的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測量,實現(xiàn)刀具補(bǔ)償和性能監(jiān)測。

-長度測量:通過對刀塊或刀具本體的測量,獲取刀具長度補(bǔ)償值。

-半徑測量:通過環(huán)規(guī)或微小修正量的多點(diǎn)測量,計算刀具半徑補(bǔ)償值。

-磨損測量:定期測量刀具的磨損狀態(tài),及時更換或調(diào)整刀具,優(yōu)化切削參數(shù)。

3.加工中測量:將測頭集成到數(shù)控機(jī)床上,實現(xiàn)工件加工過程中的在線測量。

-毛坯測量:加工前測量毛坯尺寸,優(yōu)化加工余量和刀路。

-粗加工測量:粗加工后測量工件關(guān)鍵尺寸,調(diào)整半精加工余量。

-精加工測量:精加工后測量工件最終尺寸,監(jiān)控加工質(zhì)量,修正加工誤差。

4.質(zhì)量檢測:利用測頭對工件的尺寸、形狀、位置等進(jìn)行抽樣檢測,控制生產(chǎn)質(zhì)量。

-一次裝夾檢測:在加工完成狀態(tài)下,直接利用機(jī)床測頭進(jìn)行在機(jī)檢測,縮短檢測周期。

-獨(dú)立坐標(biāo)測量:將工件轉(zhuǎn)移到三坐標(biāo)測量機(jī)上,利用高精度測頭進(jìn)行專業(yè)檢測。

四、測頭測量的發(fā)展趨勢

1.非接觸測量:采用光學(xué)、激光、電容等非接觸式傳感器,實現(xiàn)高速、非破壞性測量。

2.多傳感融合:集成接觸式測頭、非接觸傳感器、視覺系統(tǒng)等,實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)采集和融合分析。

3.智能測頭:內(nèi)置智能芯片和軟件算法,具備自診斷、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等功能,提高測量效率和準(zhǔn)確性。

4.虛擬測量:利用CAD模型和仿真技術(shù),在虛擬環(huán)境中進(jìn)行測頭測量編程和優(yōu)化,縮短開發(fā)周期,降低試錯成本。

5.在線監(jiān)控:將測量數(shù)據(jù)實時上傳至制造執(zhí)行系統(tǒng)和質(zhì)量管理系統(tǒng),實現(xiàn)制程能力分析和預(yù)警,支撐智能化生產(chǎn)。

五、小結(jié)

測頭測量是智能制造的關(guān)鍵使能技術(shù),通過測頭選型、安裝、標(biāo)定等環(huán)節(jié)的合理實施,并將其創(chuàng)新應(yīng)用于工件找正、刀具測量、加工中測量、質(zhì)量檢測等場景,可顯著提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。中國制造業(yè)應(yīng)加快創(chuàng)新步伐,研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能測頭,促進(jìn)測頭測量系統(tǒng)的國產(chǎn)化替代,為制造強(qiáng)國建設(shè)貢獻(xiàn)力量。作為智能制造領(lǐng)軍企業(yè),漢測致力于測頭測量技術(shù)的自主創(chuàng)新,期待與行業(yè)伙伴攜手合作,共同推動中國智能制造實現(xiàn)跨越式發(fā)展!