Ανάλυση σχεδιασμού και μηχανικών χαρακτηριστικών του τρισδιάστατου ανιχνευτή μέτρησης για εύκαμπτο HIN

Ο ανιχνευτής είναι ένα βασικό συστατικό μιας μηχανής μέτρησης συντεταγμένων (CMM). Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές επικεντρώνονται ολοένα και περισσότερο σε τρισδιάστατους ανιχνευτές λόγω των ευέλικτων παραμέτρων μέτρησης και των ευέλικτων μεθόδων μέτρησης. Τόσο οι εγχώριοι όσο και οι διεθνείς ερευνητές έχουν αφιερωθεί στην εφαρμογή και την ανάπτυξη ανιχνευτών, συμπεριλαμβανομένης της εξερεύνησης των νέων δομών του ανιχνευτή και της θεωρίας σφαλμάτων του ανιχνευτή. Ως αποτέλεσμα, οι τρισδιάστατοι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται συχνότερα σε διάφορους τύπους εξοπλισμού μέτρησης συντεταγμένων.

Ο ενσωματωμένος ανιχνευτής έχει αναδειχθεί ως η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης λόγω της μηχανικής του απόδοσης και του θεωρητικού μοντέλου που είναι πιο κοντά στο ιδανικό, καθώς και την υψηλή ολοκλήρωση και ακρίβεια. Ο ενσωματωμένος τρισδιάστατος ανιχνευτής διαθέτει έναν εύκαμπτο μηχανισμό άρθρωσης, ο οποίος έχει αναλυθεί διεξοδικά για τις μηχανικές του ιδιότητες.

Ο σχεδιασμός δομής της τρισδιάστατης κεφαλής μέτρησης περιλαμβάνει έναν μηχανισμό οδηγού και ένα συνολικό σχεδιασμό δομής. Ο μηχανισμός οδηγού αποτελείται από τρεις μεντεσέδες - έναν για μετάφραση στην κατεύθυνση x, ένα για μετάφραση στην κατεύθυνση z και μία για μετάφραση προς την κατεύθυνση y. Αυτοί οι μεντεσέδες διασυνδέονται σε διαμόρφωση παραλληλόγραμμα, εξασφαλίζοντας ότι ο ανιχνευτής κινείται παράλληλα κατά τη διάρκεια τρισδιάστατων μετρήσεων.

Ο συνολικός σχεδιασμός δομής του 3D ανιχνευτή περιλαμβάνει τους μεταφραστικούς ενεργοποιητές (μεντεσέδες) σε κάθε κατεύθυνση, καθώς και τους αισθητήρες μετατόπισης για τη μέτρηση των μετατοπίσεων αυτών των ενεργοποιητών. Η κεφαλή μέτρησης συνδέεται με τον μηχανισμό οδηγού μέσω σπειρώσεων. Κατά τη διάρκεια τρισδιάστατης μέτρησης, η κεφαλή μέτρησης είναι σταθερή στη μηχανή μέτρησης συντεταγμένων, ενώ το τεμάχιο που πρέπει να μετρηθεί είναι σταθερό στο πάγκο εργασίας. Στη συνέχεια, ο ανιχνευτής έρχεται σε επαφή με το μέρος που πρόκειται να μετρηθεί και κινείται στις κατευθύνσεις x, y και z. Οι αισθητήρες επαγωγής ανιχνεύουν την κίνηση του ανιχνευτή, η οποία στη συνέχεια υποβάλλεται σε επεξεργασία για να ληφθεί αποτελέσματα μέτρησης.

Ο ενσωματωμένος τρισδιάστατος μηχανισμός ανιχνευτή επιτυγχάνεται μέσω της συνολικής μεθόδου κοπής. Το περίγραμμα και το μέγεθος του εύκαμπτου μεντεσέ σχεδιάζονται σύμφωνα με θεωρητικές εκτιμήσεις και ολόκληρος ο μηχανισμός επεξεργάζεται χρησιμοποιώντας κοπή καλωδίων. Ο μηχανισμός αποτελείται από δύο μηχανισμούς παραλληλόγραμμα προς κάθε κατεύθυνση, καθιστώντας συνολικά οκτώ ευέλικτες μεντεσέδες. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει τη μετάφραση σε ένα μικρό εύρος μετατόπισης, επιτρέποντας την τρισδιάστατη κίνηση της κεφαλής μέτρησης. Ο σύνθετος μηχανισμός μειώνει τον συνολικό όγκο του καθετήρα και βελτιώνει την ολοκλήρωσή του. Οι αισθητήρες και οι πίνακες κυκλωμάτων απόκτησης ενσωματώνονται στα κοίλα μέρη του μηχανισμού για τη μείωση της εξωτερικής παρεμβολής και τη βελτίωση της ακρίβειας ανίχνευσης.

Ο εύκαμπτος μηχανισμός άρθρωσης που χρησιμοποιείται στον τρισδιάστατο ανιχνευτή είναι ένας μηχανισμός σύνδεσης χωρίς μηχανική συναρμολόγηση. Χρησιμοποιεί την ελαστική παραμόρφωση του υλικού για να επιτύχει τον επιθυμητό περιορισμό. Αυτή η προσέγγιση προσφέρει πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μηχανικών περιορισμών, όπως δεν έχει χάσμα ή τριβή και είναι πιο κοντά σε έναν ιδανικό περιορισμό. Η χρήση ενός μηχανισμού παραλληλόγραμμα στον μηχανισμό άρθρωσης εξασφαλίζει το κλάσμα υψηλής μετατόπισης, την υψηλή κατευθυντήρια ακρίβεια και μια συμπαγή και ελαφριά δομή.

Μια ανάλυση της στιγμής κάμψης στον εύκαμπτο μηχανισμό μεντεσέδες αποκαλύπτει τη σχέση μεταξύ της εξωτερικής δύναμης και της στιγμής κάμψης. Με την ανάλυση της γωνίας περιστροφής του μεντεσέ και της κίνησης του πάγκου εργασίας, διαπιστώνεται ότι η γωνία περιστροφής και η μετατόπιση είναι ανάλογες προς τη δύναμη. Ο εύκαμπτος μηχανισμός άρθρωσης συμπεριφέρεται παρόμοιος με ένα ελατήριο, με ελαστικό συντελεστή που μπορεί να υπολογιστεί με βάση τις παραμέτρους σχεδιασμού του.

Συμπερασματικά, αυτό το άρθρο εξετάζει το σχεδιασμό και την ανάλυση ενός ενσωματωμένου τρισδιάστατου μηχανισμού ανιχνευτή που βασίζεται σε έναν εύκαμπτο μεντεσέ. Τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη σχέση μεταξύ της εξωτερικής δύναμης και της γωνίας περιστροφής και της μετατόπισης, υπογραμμίζοντας την αναλογική σχέση μεταξύ αυτών των παραγόντων. Η έρευνα για τα σφάλματα παραμέτρων, η μη γραμμική παραμόρφωση του εύκαμπτου μεντεσέ και η θεωρητική αντιστάθμιση είναι περιοχές που απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση στο σχεδιασμό τρισδιάστατων μηχανισμών ανιχνευτών. Μέσα από συνεχείς εξελίξεις και βελτιώσεις, η χρήση τρισδιάστατων ανιχνευτών στον εξοπλισμό μέτρησης συντεταγμένων θα συνεχίσει να επεκτείνεται, οδηγώντας σε βελτιωμένη ακρίβεια και ακρίβεια μέτρησης.