基于三坐标测量机的送瓶变距螺杆导程误差的检测与数据分析

杨宝鹏　尹秉奎　王洪亮　梁仍余

摘 要：本文介绍了通过接触式三坐标测量仪对送瓶变距螺杆进行取点的方法，分析了该送瓶变距螺杆导程误差的检测数据，再利用CAD对螺距进行送瓶距离进行螺距的变化判断，与理论计算的数据进行比较，得到其导程变化的综合误差。通过该方法的检测与分析，能大大提高检测的精度及导程误差的数据分析的精确性。更有利于送瓶机构运动特性的研究，同时，为检测螺杆综合动态误差打下基础。

关键词：三坐标；变距螺杆；误差；数据分析

中图分类号：TG806 文献标识码：A

0.前言

自用工成本大步提高，自动生产线的应用日益增多，日常生活中瓶瓶罐罐的产品数不胜数。在瓶装、灌装产品在自动生产线进行生产时，分件变距螺杆是必不可少的基础构件，其构造的设计是否合理会直接影响产品分件的平稳性、传送的速度以及自动化生产的整体效率。本文是利用三坐标的取点功能，测量车铣中心加工出来的变距螺杆在一个截面上的坐标点，并通过后续处理得到其送瓶螺距误差，从而得到其运动误差。

1.测量原理

1.1 三坐标测量原理

所有形状都是由空间点组成的，所有的几何测量都可以归结为空间点的测量。三坐标测量仪的基本原理是将被测零放在测量工作台上，且能正常测量的空间内，并相对于测量仪的机床零点建立测量零件的零件坐标系，则能精确地测出被测零件表面的点在空间3个坐标位置的数值。复合接触式三坐标是由控制系统，光栅尺，测量软件系统、测头及计算机组成的精密测量设备。

在测量时，通过测量软件系统选择测量项目的指令，通过设备控制系统，操控各轴的运动，是测头相对于被测工件进行接触式取点测量的运动。各轴运动过程中，计算机实时取点的坐标值和此刻光栅尺的计算值，经过系统转化分析处理，输出该点的坐标值。

1.2 螺杆导程形状分析

如图1所示为待测的变距螺杆，该螺杆是饮料灌装机中送瓶机构的分瓶螺杆，当螺杆以一定的角速度匀速转动时，瓶P则向着轴线方向自左向右的作变速运动。螺杆分成3段，H1为匀速段，H3为等加速段，H2为变加速过渡段，是为了避免加速度突变造成的冲击，一般采用正弦形式的变加速度曲线。设P走完H1耗时t1，走完H2耗时t2，走完H3耗时t3，A为H3段的加速度，则加速度曲线的方程为：

通过测量曲面单一截面导程，也就是转过360°后截面的距离误差，我们可以估算螺杆的导程误差，根据送瓶螺杆的送瓶原理，测量单一截面螺距的曲线，拟合出相应的瓶中心距离，以此作为送瓶螺杆中心距离变化的测量数据。

2.测量方法设计

根据上述测量原理及螺杆导程形状的分析，本次测量采用BY1086型接触式三坐标测量仪进行测量，通过分度头的三爪卡盘夹紧变距螺杆的一端，利用尾座顶尖使得螺杆轴心线与测量工作台平行，再校准螺杆与测量机Y轴的运动方向平行度。测量螺杆的装夹方案如图2所示，图3为三坐标测量机测量取点方法。

通过三坐标取点得到的点坐标值，可以通过IGS的方式导出来，并通过Excel表格将X、Y、Z的点坐标值录入，得到相应的螺距在一个截面上变化的曲线。图4为三座标测量机得到的点，图5为将点坐标通过excel表格处理得到的曲线图。

3.测量数据分析

图6为测量得到的数据利用CAD软件拟合出来的曲线，数据以X、Y、Z的坐标方式进行排列，测得单一截面曲线在空间的坐标值，因为锁定一个方向，因此该坐标有一个数值是不变的，在后续数据处理将其转换成平面曲线的坐标点数，来进行数据的分析和判断。

利用CAD对螺距进行送瓶距离进行螺距的变化判断，通过与理论计算的数据进行比较，可以得到其螺距变化的误差。

结论

本文讲述了一种变距送瓶螺杆的测量与数据处理方法，主要是用来检测送瓶螺杆导程（螺距）误差。使用该方法能够测量出送瓶螺杆的螺距变化的综合误差，即实际工作的送瓶误差，通过对误差的测量，能够判断送瓶机构的运动特性，包括加速度及速度特性，为检测螺杆综合动态误差打下基础。该方法可以通过三坐标取点坐标，并做简单的数据拟合就能够得到一个大致的测量数据，无须太多测量工作量，不需要专用的测量设备既可以完成，为变距螺杆快速测量和数据分析提供了一种参考的途径和方法。

参考文献

[1]尹秉奎，徐敏，黄镇昌，等.基于LabVIEW的变距螺杆测试系统[J].机械设计与制造，2006（12）：141-143.