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羅羅，我聽說你最近在做三坐標(biāo)測量機(jī)？ 是的。你怎么知道的？ 我看你們最近都在開會(huì)，而且是固定周三。 對(duì)，就是那個(gè)會(huì)，煩得很。 三坐標(biāo)測量機(jī)精度很高吧？ 是的，目前世界上最高精度的，是蔡司XENOS，其宣稱精度達(dá)到Ex,y＝（0.3+L/600）um。 但是，他們講解時(shí)說，實(shí)際測量，可以達(dá)到（0.15+L/600）um。 這么高的精度，那速度是不是很低？ 也不低，運(yùn)行檢測速度可以到150mm/s?？张芨堑?00mm/s。 但是我聽說，市場占有率最高的是?？怂箍?，不是蔡司，是這樣嗎？ 沒錯(cuò)。 海克斯康技術(shù)不是最牛的，但是他們善于把握市場。 他們把客戶分成不同的等級(jí)，根據(jù)不同的客戶需求，設(shè)計(jì)出他們需要的機(jī)器，所以他們的客戶面很廣。 而蔡司更專注于技術(shù)，主要做高端市場，所以才有了這種市場局面。 那，你們?nèi)绾味ㄎ?，去和他們競爭?/strong> 這個(gè)問題，問得很好。 如果是我來定位，首先會(huì)研究客戶需求。 比如，走訪正在使用三坐標(biāo)機(jī)的用戶，收集他們使用過程中，經(jīng)常抱怨的地方，例如不方便，不人性化，不自動(dòng)化等一些問題。 問問他們，使用過程中，有哪些問題是沒有得到解決的，問題是否普遍，是否夠痛苦。 然后一層一層分析下去，找到一兩個(gè)客戶最痛的點(diǎn)，作為研發(fā)產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)力。 或者，看看用戶在哪一方面的測量需求，沒有被現(xiàn)有的測量機(jī)所滿足。 比如，專門測量某一類型的零件，但是因?yàn)闇y量設(shè)備供應(yīng)商，看不上這種小市場，而放棄沒有做，那我覺得，也是極好的機(jī)會(huì)。 然后呢？ 然后，分析我們的優(yōu)勢是什么。 把精力集中在，怎么結(jié)合自己的優(yōu)勢，去滿足客戶最痛的點(diǎn)上。 這是我想到的。 可惜，這個(gè)我說了不算，老板說了才算。 那你們最后的決策是什么，準(zhǔn)備做一臺(tái)什么樣的設(shè)備？ 這個(gè)嘛，你知道的，目標(biāo)當(dāng)然是世界第一精度，也就是Ex=Ey=（0.3+L/600）um, Exy=(0.6+L/600)um。 我說了，我做不了主，老大定了，我們就照做。 這么高的目標(biāo)，你們確定的優(yōu)勢是什么？ 優(yōu)勢是光學(xué)檢測系統(tǒng)。 用我們自己開發(fā)的2D、3D、Ra光學(xué)檢測系統(tǒng)，搭配高精度XYZ運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。 明白了，你們的設(shè)計(jì)進(jìn)行到哪一步了？ 還在做方案。 其實(shí)，這個(gè)項(xiàng)目去年就開始了，中間經(jīng)過了很多次的改動(dòng)，目前概念如下圖。
高精度XYZ運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)概念.png (98.63 KB, 下載次數(shù): 259)
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2019-9-8 21:52 上傳
你們是如何得出現(xiàn)在這個(gè)概念的？ 參考競爭對(duì)手的設(shè)計(jì)，并結(jié)合內(nèi)部的技術(shù)，得出的。 這個(gè)圖是什么原理，你可以解釋一下嗎？ 沒問題。 整體結(jié)構(gòu)上來看，分為外框和內(nèi)框，外框是受力架，內(nèi)框是測試架。 內(nèi)框通過空氣彈簧，支撐在外框上，空氣彈簧用于衰減外部的振動(dòng)。 Y軸：X軸花崗巖導(dǎo)向橫梁，通過Y空氣軸承，支撐在測量架上，可被位于受力架兩側(cè)的直線馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，沿Y方向運(yùn)動(dòng)。 X軸：X軸框架，也通過空氣軸承，支撐在X導(dǎo)向橫梁上，驅(qū)動(dòng)它的X馬達(dá)，用線性導(dǎo)軌浮動(dòng)在X導(dǎo)向橫梁上。X軸馬達(dá)反力，可以通過右側(cè)導(dǎo)入到受力架上，避免了對(duì)內(nèi)框的振動(dòng)影響。 Z軸：Z運(yùn)動(dòng)模塊，通過頂部的繩氣缸平衡，Z軸也用空氣軸承支撐，用固定于X框架頂部的線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 測試架上面，搭載了一個(gè)光柵尺架，用熱穩(wěn)定性好的因瓦材料做，避免測量基準(zhǔn)因?yàn)闊岬膯栴}，而產(chǎn)生太大的變形。 XY軸光柵尺，布置在光柵尺架上。 Y光柵尺兩側(cè)各豎直放置一個(gè)，另一個(gè)水平放置在光柵尺架的頂部。 X軸一根光柵尺放在光柵尺架底部上，另外兩根垂直布置在光柵尺架前后側(cè)面上。 為什么這樣布置？有什么好處？可以參考我在《如何使用1DPlus光柵尺，實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)？》中的說明。 等一下，你說得太多了，我要好好回放一下。 好吧，我等你。 好了。關(guān)于參考對(duì)手，可以說得具體一點(diǎn)嗎？如何參考的？ 好的，沒問題，這里我就多說一點(diǎn)。 好的，你說吧，我聽著。 主要從以下幾點(diǎn)出發(fā)。 1. 從整機(jī)結(jié)構(gòu)方面分析。 對(duì)手主要是兩種結(jié)構(gòu)，固定橋式和移動(dòng)龍門架式，兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)。 固定橋式：Y軸在最下方，可以搭載檢測工件。X軸導(dǎo)軌，支撐在左右兩根花崗巖立柱上，Z軸搭建在X運(yùn)動(dòng)的框架上。 固定橋式的好處是：X軸上直接掛Z軸，不需要做Y方向運(yùn)動(dòng)，所以X軸上載荷小，但是Y軸上需要放置工件，在不同的工件質(zhì)量，和工件放置位置的時(shí)候，都需要保證導(dǎo)軌的剛性，或者需要檢測工件平臺(tái)的姿態(tài)，以免影響精度，或者做補(bǔ)償。這種結(jié)構(gòu)Y軸載荷小。 移動(dòng)龍門架式：和固定橋式不同，移動(dòng)龍門架式的Y軸，架在左右兩邊支撐的立柱上，下方的檢測放置平臺(tái)不做運(yùn)動(dòng)，X搭建在Y軸上，Z軸搭建在X運(yùn)動(dòng)的框架上。 移動(dòng)龍門架式的好處是：工件放置臺(tái)沒有Y方向的運(yùn)動(dòng)，取而代之的是，檢測軸在XYZ向做運(yùn)動(dòng)，此結(jié)構(gòu)對(duì)工件的不同重量，和放置位置不敏感，載荷大。缺點(diǎn)是測頭Y向移動(dòng)引入誤差，需要做足此向剛性。 此兩種結(jié)構(gòu)，雖然各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都能做到（0.3+L/600）um的精度。 基于此，我們也做了兩種方案，既固定橋式和移動(dòng)龍門架式。 通過CAE團(tuán)隊(duì)的努力，分析兩種方案，包括模態(tài)和瞬態(tài)分析，得到測量點(diǎn)與被測量點(diǎn)之間的誤差，龍門架式誤差更小，最終決定采取移動(dòng)龍門架式。 2. 從各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的構(gòu)成分析對(duì)比。 比如軸的用料、何種驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、導(dǎo)向方式、光柵尺的位置等分析。機(jī)器的減振避振策略分析。 比如材料：通常工作臺(tái)和立柱以及導(dǎo)軌面，采用花崗巖或者碳化硅，也有用高剛性和快速振動(dòng)衰減特性的鑄鐵FCD600。 比如驅(qū)動(dòng)：直流伺服馬達(dá)＋無間隙滾珠絲杠；直線馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；鋼帶驅(qū)動(dòng)；同步帶驅(qū)動(dòng)等。Z軸根據(jù)不同配置可能有重量平衡器。 比如導(dǎo)軌：高精度測量都用空氣軸承，低精度可以看到線性導(dǎo)軌。 比如光柵尺：高精度都采用近零膨脹系數(shù)，高分辨率的微晶玻璃光柵，同時(shí)放置的位置盡量靠近測頭，減小阿貝誤差。 比如減振：都采用主動(dòng)減振系統(tǒng)。 3. 與競爭對(duì)手技術(shù)交流，并到對(duì)手機(jī)器現(xiàn)場學(xué)習(xí)。 邀請(qǐng)競爭對(duì)手做技術(shù)分享會(huì)，報(bào)價(jià)等。并在合適的時(shí)間，去對(duì)手機(jī)器所在地，現(xiàn)場觀察，演示學(xué)習(xí)等。 4. 成本分析。 根據(jù)對(duì)手報(bào)價(jià)，及詢問我們公司已有的對(duì)手機(jī)型，機(jī)器的構(gòu)成部件等分析機(jī)器成本。 5. 對(duì)手的機(jī)器模型重構(gòu)，模態(tài)、瞬態(tài)分析。 根據(jù)現(xiàn)場拆卸，測量，拍照等數(shù)據(jù)采集，重構(gòu)對(duì)手模型，并做模態(tài)，瞬態(tài)分析，熱分析等，得出對(duì)手機(jī)器測量點(diǎn)和被測量點(diǎn)之間，相對(duì)位移數(shù)據(jù)。 好的，你說得挺詳細(xì)的。 不過，我還想問一下，關(guān)于XYZ平臺(tái)的設(shè)計(jì)，你們主要有哪些設(shè)計(jì)要點(diǎn)？ 好的，下面我就來談一談。 第一，光柵尺獨(dú)立于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。 因?yàn)楣鈻懦呤腔鶞?zhǔn)，所以光柵尺放置，要跟運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)軌分開，避免導(dǎo)軌的形變引入過大的誤差。 比如說，Y方向的運(yùn)動(dòng)軸，光柵尺是單獨(dú)用因瓦材料結(jié)構(gòu)作為支撐，同時(shí)X軸光柵尺，也是支撐在這個(gè)因瓦結(jié)構(gòu)上面。 這樣就保證了基準(zhǔn)變形最小。因?yàn)楫?dāng)下面的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)到不同的位置時(shí)，不會(huì)因?yàn)閷?dǎo)軌發(fā)生變形，而產(chǎn)生光柵尺過大的變形。 同時(shí)，因?yàn)楠?dú)立于我們的運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)軌，光柵尺的安裝結(jié)構(gòu)件，可以用對(duì)熱不怎么敏感的因瓦材料。 這樣光柵尺就不會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓?，產(chǎn)生過大的形變，或者熱膨脹位移。 第二，光柵尺盡量靠近被測物體，減小阿貝誤差。 比如說X軸上，我們用了三條1D plus光柵尺，兩條豎放，一條水平放置水平。 水平放置那一條是在最下端，垂直放置的兩條是在光柵尺橫梁的兩側(cè)。 所以說，我們X軸的位置檢測，是用最下面的那條光柵尺，因?yàn)樗覀兊臋z測頭是距離最近的。 再比如說Z軸，我們也布置了兩條光柵尺，分別貼在垂直的導(dǎo)軌兩側(cè)。 這樣做的目的，是為了檢測Z導(dǎo)軌的姿態(tài)，因?yàn)槲覀兪怯霉鈱W(xué)去拍照，所以說光學(xué)中心，要跟主光柵尺中心對(duì)齊，也是為了盡量減小阿貝誤差。 雖然從結(jié)構(gòu)上來說，看起來有一點(diǎn)奇怪，但是我們的剛性是滿足要求的，是OK的。 第三，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)心要跟驅(qū)動(dòng)力中心對(duì)齊。 設(shè)計(jì)結(jié)果是，Y向用四個(gè)馬達(dá)，X軸用兩個(gè)馬達(dá)，Z也是兩個(gè)馬達(dá)。 為了減小甚至消除振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量中心，需要跟力中心對(duì)齊。 我們對(duì)XYZ軸，都運(yùn)用了不止一個(gè)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)。 比如X軸， 因?yàn)閆運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，會(huì)在Z方向不停地運(yùn)動(dòng)，這樣就導(dǎo)致X運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的重心，會(huì)不斷地變化。所以，我們至少需要兩個(gè)馬達(dá)，才能將驅(qū)動(dòng)力中心，跟X運(yùn)動(dòng)質(zhì)量中心對(duì)齊。當(dāng)然，這里在控制上，使用了虛擬旋轉(zhuǎn)中心，通過不同的力配比，使得結(jié)構(gòu)不會(huì)繞虛擬中心旋轉(zhuǎn)。 同理，Y軸也是一樣的道理，因?yàn)閆的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，以及X運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，是在不停地變化，所以，Y軸兩邊的力配置不一樣。 同時(shí)，在Z方向上，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量在變化，為了把驅(qū)動(dòng)力跟運(yùn)動(dòng)質(zhì)心對(duì)齊，所以說，一側(cè)需要配置至少兩個(gè)馬達(dá)，才能覆蓋Z運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的質(zhì)量變化，結(jié)果就用了一邊兩個(gè)，共4個(gè)馬達(dá)，目的就是要做出這個(gè)概念。 第四，運(yùn)動(dòng)線（Moving Cable）的力平衡軸設(shè)計(jì)。 因?yàn)槲覀兊倪\(yùn)動(dòng)平臺(tái)，對(duì)力波動(dòng)比較敏感，所以，我們專門設(shè)計(jì)了一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，來拖動(dòng)主軸的運(yùn)動(dòng)線。 這一設(shè)計(jì)被運(yùn)用在X軸和Y軸，因?yàn)閄軸和Y軸上面的線比較多的，如果說不去做一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸,來推動(dòng)這個(gè)運(yùn)動(dòng)線，那么主軸在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,就會(huì)產(chǎn)生比較大的一個(gè)力波動(dòng)。 這會(huì)對(duì)我們的精度帶來影響，所以，我們專門設(shè)計(jì)了這樣的一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。 當(dāng)然，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們也提出了兩種的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 第1種，就是傳統(tǒng)的同步帶拖動(dòng)結(jié)構(gòu)，第2種，是用歐米茄式同步帶來驅(qū)動(dòng)，兩種結(jié)構(gòu)的最大區(qū)別在于，后者可以提供更高的剛性，可以提供更長的行程，更適合我們的運(yùn)用。 當(dāng)然，我們也考慮到，可能普通的AC伺服馬達(dá)，跟不上主軸運(yùn)動(dòng)，所以也做了另外一個(gè)設(shè)計(jì)，就是用線性馬達(dá)，去拖動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)線，速度能夠跟得上，所以，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，是預(yù)留了這個(gè)線性馬達(dá)硬件接口。 第五，所有的軸，都用空氣軸承支撐。 配合磁鐵做預(yù)載來做支撐，實(shí)現(xiàn)零摩擦，無熱量產(chǎn)生。 這樣做的另一些好處是結(jié)構(gòu)簡單，重量輕。 你們的設(shè)計(jì)考慮得真多。 還好吧，畢竟精度要求在那里，所以，這個(gè)機(jī)器確實(shí)有很大的難度。 是的，我也覺得難度太大了。0.3um，不是開玩笑的。 所以，一年了，你們現(xiàn)在還在做方案，情有可原。 別開我玩笑了，是自己實(shí)力不夠，要是實(shí)力夠，做方案也不用一年吧。 好了，不說了，說多了都是淚。 還是早點(diǎn)洗洗睡吧，出去別亂說，老板會(huì)不高興的，雖然我也沒說個(gè)啥具體的東西。 相信我，我嘴嚴(yán)得很，長杠桿都撬不開。 你牛。
公號(hào)，羅羅日記，老鐵，我等你來
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發(fā)表于 2019-9-8 21:55:53
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