Analiza projektowania i charakterystyki mechanicznej trójwymiarowej sondy pomiarowej dla elastycznego HIN

Sonda jest niezbędnym elementem maszyny pomiarowej współrzędnej (CMM). W ostatnich latach naukowcy coraz częściej koncentrują się na trójwymiarowych sondach ze względu na ich wszechstronne parametry pomiaru i elastyczne metody pomiaru. Zarówno naukowcy krajowi, jak i międzynarodowi zostali poświęceni zastosowaniu i opracowaniu sond, w tym eksploracji nowych struktur sondy i teorii błędów sondy. W rezultacie częściej stosuje się trójwymiarowe sondy w różnych rodzajach urządzeń pomiarowych współrzędnych.

Zintegrowana sonda pojawiła się jako główny kierunek rozwoju, ponieważ jego wydajność mechaniczna i model teoretyczny jest bliższy ideałowi, a także wysokiej integracji i precyzji. Zintegrowana trójwymiarowa sonda ma elastyczny mechanizm zawiasu, który został dokładnie przeanalizowany pod kątem jego właściwości mechanicznych.

Projekt struktury trójwymiarowej głowicy pomiarowej obejmuje mechanizm prowadzenia i ogólny projekt struktury. Mechanizm przewodnika składa się z trzech zawiasów - jednego do tłumaczenia w kierunku X, jeden do tłumaczenia w kierunku Z i jeden do tłumaczenia w kierunku Y. Zawiasy te są powiązane z konfiguracją równoległoboku, zapewniając, że sonda porusza się równolegle podczas trójwymiarowych pomiarów.

Ogólna konstrukcja struktury sondy 3D obejmuje siłowniki translacyjne (zawiasy) w każdym kierunku, a także czujniki przemieszczenia do pomiaru przemieszczeń tych siłowników. Głowica pomiarowa jest podłączona do mechanizmu prowadzenia przez wątki. Podczas pomiaru trójwymiarowego głowica pomiarowa jest ustalona do maszyny pomiarowej współrzędnych, podczas gdy przedmiot obrabiany, który ma zostać zmierzony, jest ustalony na stadium warsztatowym. Następnie sonda kontaktuje się z częścią, którą należy zmierzyć, i porusza się w kierunku X, Y i Z. Czujniki indukcyjności wykrywają ruch sondy, który jest następnie przetwarzany w celu uzyskania wyników pomiaru.

Zintegrowany trójwymiarowy mechanizm sondy osiąga się poprzez ogólną metodę cięcia. Zarys i rozmiar elastycznego zawiasu są zaprojektowane zgodnie z rozważaniami teoretycznymi, a cały mechanizm jest przetwarzany za pomocą cięcia drutu. Mechanizm składa się z dwóch mechanizmów równoległobramowych w każdym kierunku, co daje w sumie osiem elastycznych zawiasów. Ta konstrukcja pozwala na tłumaczenie w niewielkim zakresie przemieszczenia, umożliwiając trójwymiarowy ruch głowy pomiarowej. Mechanizm złożony zmniejsza ogólną objętość sondy i poprawia jej integrację. Czujniki i płyty obwodów akwizycji są zintegrowane z pustymi częściami mechanizmu w celu zmniejszenia zakłóceń zewnętrznych i poprawy dokładności wykrywania.

Elastyczny mechanizm zawiasu stosowany w trójwymiarowej sondzie jest mechanizmem łącza bez montażu mechanicznego. Wykorzystuje elastyczne odkształcenie materiału do osiągnięcia pożądanego ograniczenia. Takie podejście oferuje zalety w zakresie tradycyjnych ograniczeń mechanicznych, takich jak brak szczeliny lub tarcia oraz bliższe idealnym ograniczeniu. Zastosowanie mechanizmu równoległoboku w mechanizmie zawiasu zapewnia frakcję wysokiego przemieszczenia, wysoką dokładność przewodnika oraz zwartą i lekką strukturę.

Analiza momentu zginającego w elastycznym mechanizmie zawiasu ujawnia związek między siłą zewnętrzną a momentem zginającym. Analizując kąt obrotu zawiasu i ruch warsztatu warsztatowego, okazuje się, że kąt obrotu i przemieszczenie są proporcjonalne do siły. Elastyczny mechanizm zawiasowy zachowuje się podobnie do sprężyny, z współczynnikiem sprężystym, który można obliczyć na podstawie jego parametrów projektowych.

Podsumowując, w tym artykule omówiono projekt i analizę integralnego trójwymiarowego mechanizmu sondy opartego na elastycznym zawiasie. Odkrycia podkreślają związek między siłą zewnętrzną a kątem obrotu i przemieszczeniem, podkreślając proporcjonalny związek między tymi czynnikami. Badania błędów parametrów, nieliniowe odkształcenie elastycznego zawiasu i teoretyczna kompensacja to obszary, które wymagają dalszej eksploracji w projektowaniu trójwymiarowych mechanizmów sondy. Dzięki ciągłym postępom i ulepszeniom zastosowanie trójwymiarowych sond w urządzeniach pomiarowych współrzędnych będzie się rozwijać, co prowadzi do zwiększonej dokładności i precyzji pomiaru.