Anàlisi de disseny i característiques mecàniques de la sonda de mesura tridimensional per a HIN flexible

La sonda és un component essencial d’una màquina de mesura de coordenades (CMM). En els darrers anys, els investigadors s’han centrat cada cop més en sondes tridimensionals a causa dels seus paràmetres de mesura versàtils i mètodes de mesura flexibles. Tant els investigadors nacionals com internacionals s’han dedicat a l’aplicació i al desenvolupament de sondes, inclosa l’exploració de noves estructures de sondes i la teoria d’errors de sonda. Com a resultat, s’utilitzen sondes tridimensionals amb més freqüència en diversos tipus d’equips de mesura de coordenades.

La sonda integral ha aparegut com la direcció principal del desenvolupament a causa del seu rendiment mecànic i el model teòric més proper a l’ideal, així com la seva alta integració i precisió. La sonda tridimensional integral presenta un mecanisme de frontissa flexible, que s’ha analitzat a fons per a les seves propietats mecàniques.

El disseny de l'estructura del capçal de mesura tridimensional inclou un mecanisme de guia i un disseny general de l'estructura. El mecanisme de guia consta de tres frontisses: una per a la traducció en direcció x, una per a la traducció en direcció z i una altra per a la traducció en la direcció Y. Aquestes frontisses estan interconnectades en una configuració del paral·lelograma, garantint que la sonda es mou en paral·lel durant les mesures tridimensionals.

El disseny general de l'estructura de la sonda 3D inclou els actuadors translacionals (frontisses) en cada direcció, així com els sensors de desplaçament per mesurar els desplaçaments d'aquests actuadors. El cap de mesura està connectat al mecanisme de guia mitjançant fils. Durant la mesura tridimensional, el capçal de mesura es fixa a la màquina de mesurar de coordenades, mentre que la peça a mesurar es fixa en el banc de treball. A continuació, la sonda entra en contacte amb la part a mesurar i es mou a les direccions X, Y i Z. Els sensors d’inductància detecten el moviment de la sonda, que després es processa per obtenir resultats de mesurament.

El mecanisme de sonda tridimensional integral s’aconsegueix mitjançant el mètode de tall global. El contorn i la mida de la frontissa flexible estan dissenyats segons consideracions teòriques i tot el mecanisme es processa mitjançant el tall de filferro. El mecanisme consta de dos mecanismes de paral·lelograma en cada direcció, fent un total de vuit frontisses flexibles. Aquest disseny permet la traducció dins d’un petit rang de desplaçament, permetent un moviment tridimensional del capçal de mesura. El mecanisme compost redueix el volum global de la sonda i millora la seva integració. Els sensors i les plaques de circuit d’adquisició s’integren a les parts buides del mecanisme per reduir la interferència externa i millorar la precisió de la detecció.

El mecanisme de frontissa flexible utilitzat en la sonda tridimensional és un mecanisme d’enllaç sense muntatge mecànic. Utilitza la deformació elàstica del material per aconseguir la restricció desitjada. Aquest enfocament ofereix avantatges respecte a les restriccions mecàniques tradicionals, com ara no tenir bretxa ni fricció i estar més a prop d’una restricció ideal. L’ús d’un mecanisme de paral·lelograma en el mecanisme de la frontissa garanteix una fracció de desplaçament elevada, alta precisió de l’orientació i una estructura compacta i lleugera.

Una anàlisi del moment de flexió en el mecanisme de la frontissa flexible revela la relació entre la força externa i el moment de flexió. Analitzant l’angle de rotació de la frontissa i el moviment del banc de treball, es troba que l’angle de rotació i el desplaçament són proporcionals a la força. El mecanisme de la frontissa flexible es comporta similar a una molla, amb un coeficient elàstic que es pot calcular a partir dels seus paràmetres de disseny.

En conclusió, aquest article tracta el disseny i l’anàlisi d’un mecanisme de sonda tridimensional integral basat en una frontissa flexible. Les troballes posen de manifest la relació entre la força externa i l’angle de rotació i el desplaçament, destacant la relació proporcional entre aquests factors. La investigació sobre els errors de paràmetres, la deformació no lineal de la frontissa flexible i la compensació teòrica són àrees que requereixen una exploració posterior en el disseny de mecanismes de sonda tridimensionals. Mitjançant avenços i millores contínues, l’ús de sondes tridimensionals en els equips de mesura de coordenades continuarà expandint-se, donant lloc a una precisió i precisió de la mesura millorades.