基于三坐標測量機的送瓶變距螺桿導程誤差的檢測與數據分析

楊寶鵬　尹秉奎　王洪亮　梁仍余

摘 要：本文介紹了通過接觸式三坐標測量儀對送瓶變距螺桿進行取點的方法，分析了該送瓶變距螺桿導程誤差的檢測數據，再利用CAD對螺距進行送瓶距離進行螺距的變化判斷，與理論計算的數據進行比較，得到其導程變化的綜合誤差。通過該方法的檢測與分析，能大大提高檢測的精度及導程誤差的數據分析的精確性。更有利于送瓶機構運動特性的研究，同時，為檢測螺桿綜合動態誤差打下基礎。

關鍵詞：三坐標；變距螺桿；誤差；數據分析

中圖分類號：TG806 文獻標識碼：A

0.前言

自用工成本大步提高，自動生產線的應用日益增多，日常生活中瓶瓶罐罐的產品數不勝數。在瓶裝、灌裝產品在自動生產線進行生產時，分件變距螺桿是必不可少的基礎構件，其構造的設計是否合理會直接影響產品分件的平穩性、傳送的速度以及自動化生產的整體效率。本文是利用三坐標的取點功能，測量車銑中心加工出來的變距螺桿在一個截面上的坐標點，并通過后續處理得到其送瓶螺距誤差，從而得到其運動誤差。

1.測量原理

1.1 三坐標測量原理

所有形狀都是由空間點組成的，所有的幾何測量都可以歸結為空間點的測量。三坐標測量儀的基本原理是將被測零放在測量工作臺上，且能正常測量的空間內，并相對于測量儀的機床零點建立測量零件的零件坐標系，則能精確地測出被測零件表面的點在空間3個坐標位置的數值。復合接觸式三坐標是由控制系統，光柵尺，測量軟件系統、測頭及計算機組成的精密測量設備。

在測量時，通過測量軟件系統選擇測量項目的指令，通過設備控制系統，操控各軸的運動，是測頭相對于被測工件進行接觸式取點測量的運動。各軸運動過程中，計算機實時取點的坐標值和此刻光柵尺的計算值，經過系統轉化分析處理，輸出該點的坐標值。

1.2 螺桿導程形狀分析

如圖1所示為待測的變距螺桿，該螺桿是飲料灌裝機中送瓶機構的分瓶螺桿，當螺桿以一定的角速度勻速轉動時，瓶P則向著軸線方向自左向右的作變速運動。螺桿分成3段，H1為勻速段，H3為等加速段，H2為變加速過渡段，是為了避免加速度突變造成的沖擊，一般采用正弦形式的變加速度曲線。設P走完H1耗時t1，走完H2耗時t2，走完H3耗時t3，A為H3段的加速度，則加速度曲線的方程為：

通過測量曲面單一截面導程，也就是轉過360°后截面的距離誤差，我們可以估算螺桿的導程誤差，根據送瓶螺桿的送瓶原理，測量單一截面螺距的曲線，擬合出相應的瓶中心距離，以此作為送瓶螺桿中心距離變化的測量數據。

2.測量方法設計

根據上述測量原理及螺桿導程形狀的分析，本次測量采用BY1086型接觸式三坐標測量儀進行測量，通過分度頭的三爪卡盤夾緊變距螺桿的一端，利用尾座頂尖使得螺桿軸心線與測量工作臺平行，再校準螺桿與測量機Y軸的運動方向平行度。測量螺桿的裝夾方案如圖2所示，圖3為三坐標測量機測量取點方法。

通過三坐標取點得到的點坐標值，可以通過IGS的方式導出來，并通過Excel表格將X、Y、Z的點坐標值錄入，得到相應的螺距在一個截面上變化的曲線。圖4為三座標測量機得到的點，圖5為將點坐標通過excel表格處理得到的曲線圖。

3.測量數據分析

圖6為測量得到的數據利用CAD軟件擬合出來的曲線，數據以X、Y、Z的坐標方式進行排列，測得單一截面曲線在空間的坐標值，因為鎖定一個方向，因此該坐標有一個數值是不變的，在后續數據處理將其轉換成平面曲線的坐標點數，來進行數據的分析和判斷。

利用CAD對螺距進行送瓶距離進行螺距的變化判斷，通過與理論計算的數據進行比較，可以得到其螺距變化的誤差。

結論

本文講述了一種變距送瓶螺桿的測量與數據處理方法，主要是用來檢測送瓶螺桿導程（螺距）誤差。使用該方法能夠測量出送瓶螺桿的螺距變化的綜合誤差，即實際工作的送瓶誤差，通過對誤差的測量，能夠判斷送瓶機構的運動特性，包括加速度及速度特性，為檢測螺桿綜合動態誤差打下基礎。該方法可以通過三坐標取點坐標，并做簡單的數據擬合就能夠得到一個大致的測量數據，無須太多測量工作量，不需要專用的測量設備既可以完成，為變距螺桿快速測量和數據分析提供了一種參考的途徑和方法。

參考文獻

[1]尹秉奎，徐敏，黃鎮昌，等.基于LabVIEW的變距螺桿測試系統[J].機械設計與制造，2006（12）：141-143.