CN106248016A - 一种坐标机测头减振方法 - Google Patents

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马天兵
罗智
杜菲
刘健
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Anhui University of Science and Technology
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    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
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    • G01B21/047—Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/005—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion using electro- or magnetostrictive actuation means
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Abstract

本发明设计一种坐标机的测头减振方法，包括智能压电材料、耗能电路、测头；所述智能压电材料粘贴在测头的根部，利用压电材料的逆压电效应对测头的振动感应出电压；所述耗能电路与智能压电材料并联，通过电路的对电能进行消耗。采用这样子的方法，实现对测头振动能量的衰减，从而减少测头的振动，提高坐标机的测量精度。

Description

一种坐标机测头减振方法
技术领域：
本发明涉及一种坐标机测头减振方法。
背景技术：
三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，效率相对其它仪器很高。三坐标测量机一般有以下四部分组成：1、主机机械传动系统(X、Y、Z三轴或其它)；2、测头检测系统；3、电气控制硬件系统；4、数据处理软件系统(测量软件)。
测头系统是数据采集的传感器系统，是测量机的重要部件，测头根据其功能有：触发式、扫描式、非接触式(激光、光学)等。触发式测头是使用最多的一种测头，其工作原理是一个开关式传感器。当测针与零件产生接触而产生触测力，并且大于设置的阈值时，发出一个开关信号。这个信号传送到控制系统后，控制系统对此刻的光栅计数器中的数据锁存，经处理后传送给测量软件，表示测量了一个点。
由于触发式测头本身也具有长度且测头本身是由硬质材料制成，在触头由于滑动摩擦会产生颤动，增大了测量的误差。以及测头在检测到边界的时候，发生振动，触发一个电信号，检测系统获得一个位置数据，测头不会立即恢复竖直状态，会持续抖动，并且超过设定的阈值，检测系统将重复获得多个数据，这会导致测量的误差。包括其他的一些情况，比如CAD数字建模与实际物体存在的误差，使得测头测量时候发生过大的触动，影响数据的测量。诸如此类的原因，导致测头的抖动，使得测头测量的数据有误，降低了坐标机的精度。
发明内容：
为了解决现有的触发式坐标机测头，在使用中会出现抖动，影响测量精度的情况，本发 明公开一种坐标机测头减振控制方法，能够解决现有技术的不足，原理图如图1所示。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
采用智能压电材料多层堆叠粘贴在测头的接近根部位置，如图2所示；再使RL耗能电路与智能压电材料并联，如图3所示。
采用以上技术方案，实现对测头振动能量的衰减，从而减少测头的振动，提高坐标机的测量精度。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1振动控制原理图；
图2压电材料与测头的示意图；
图3耗能电路原理图；
图4 Riordan模拟电感原理图；
具体实施方式：
采用智能压电材料，通过多层堆叠在测头的接近根部位置，与RL电路进行并联。RL电路的参数需要进行实验获得相关数据才可以解得最优值。
振动控制的对象是触发式坐标测量机的测头，测头的振动是一种机械能的表现形式。对测头的振动控制需建立其数学模型，分析测头的各阶模态。通过专业的模态分析软件与实验结合的方法获得测头真实的各阶模态数值。
由模态理论我们可以知道，系统的运动主要激发的是前几阶，频率越低的模态所拥有的被激发的能量是越大的。为了简化控制系统的结构，只控制第一阶模态的振动。
通过对测头建立动力学方程以及测头和压电片之间的压电耦合关系，可以推算出R，L 的最佳值
其中fs：是智能压电材料粘贴到测头短路时一阶模态频率
f0：是智能压电材料粘贴到测头开路时一阶模态频率
CS：是智能压电材料粘贴到测头时的智能压电材料等效电容
在分析实验数据，得出R，L的值,L与R的值都很大。电阻很容易的满足要求，电感的值一般在10H左右。这样大小的电感无法用一个单纯电感元件实现，此时我们需要设计一个模拟电感。为此我们优选Riordan模拟电感，原理图如图4所示，电感值由下列等式得出。
测头发生抖动或意外触碰时，智能压电材料在振动的激励下，产生电压。与智能压电材料并联的RL耗能电路，消耗电能，从而衰减振动，是测头测量数据更加的精确。
以上实施例仅用以对说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案，尽管说明书参照上述的各个实施例对本发明进行修改或者等他替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案的改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种坐标机测头减振控制方法，其特征在于:所述一种坐标机测头减振控制方法，包括智能压电材料、耗能电路、测头；所述智能压电材料粘贴在测头的根部；所述耗能电路与智能压电材料并联。
2.根据专利要求1所述的一种坐标机测头减振控制方法，其特征在于，所述智能压电材料的逆压电效应可以在压电材料受到测头振动时候，产生电压。实现能量的转换，将测头振动的机械能转换成电能。
3.根据专利要求1所述的一种坐标机测头减振控制方法，其特征在于，所述智能压电材料粘贴在测头的根部，来转换测头的机械振动能量为电能。
4.根据专利要求1所述的一种坐标机测头减振控制方法，其特征在于，所述耗能电路与智能压电材料并联，消耗智能压电材料的逆压电效应感应出来的电能。
5.根据专利要求1所述的一种坐标机测头减振控制方法，其特征在于，所述耗能电路的电感需要用到模拟电感来实现,以达到耗能电路的功能。
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