|
羅羅，我聽說你最近在做三坐標測量機？ 是的。你怎么知道的？ 我看你們最近都在開會，而且是固定周三。 對，就是那個會，煩得很。 三坐標測量機精度很高吧？ 是的，目前世界上最高精度的，是蔡司XENOS，其宣稱精度達到Ex,y＝（0.3+L/600）um。 但是，他們講解時說，實際測量，可以達到（0.15+L/600）um。 這么高的精度，那速度是不是很低？ 也不低，運行檢測速度可以到150mm/s。空跑更是到200mm/s。 但是我聽說，市場占有率最高的是海克斯康，不是蔡司，是這樣嗎？ 沒錯。 海克斯康技術不是最牛的，但是他們善于把握市場。 他們把客戶分成不同的等級，根據不同的客戶需求，設計出他們需要的機器，所以他們的客戶面很廣。 而蔡司更專注于技術，主要做高端市場，所以才有了這種市場局面。 那，你們如何定位，去和他們競爭？ 這個問題，問得很好。 如果是我來定位，首先會研究客戶需求。 比如，走訪正在使用三坐標機的用戶，收集他們使用過程中，經常抱怨的地方，例如不方便，不人性化，不自動化等一些問題。 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，找到一兩個客戶最痛的點，作為研發產品驅動力。 或者，看看用戶在哪一方面的測量需求，沒有被現有的測量機所滿足。 比如，專門測量某一類型的零件，但是因為測量設備供應商，看不上這種小市場，而放棄沒有做，那我覺得，也是極好的機會。 然后呢？ 然后，分析我們的優勢是什么。 把精力集中在，怎么結合自己的優勢，去滿足客戶最痛的點上。 這是我想到的。 可惜，這個我說了不算，老板說了才算。 那你們最后的決策是什么，準備做一臺什么樣的設備？ 這個嘛，你知道的，目標當然是世界第一精度，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，你們確定的優勢是什么？ 優勢是光學檢測系統。 用我們自己開發的2D、3D、Ra光學檢測系統，搭配高精度XYZ運動平臺。 明白了，你們的設計進行到哪一步了？ 還在做方案。 其實，這個項目去年就開始了，中間經過了很多次的改動，目前概念如下圖。
高精度XYZ運動平臺設計概念.png (98.63 KB, 下載次數: 258)
下載附件
2019-9-8 21:52 上傳
你們是如何得出現在這個概念的？ 參考競爭對手的設計，并結合內部的技術，得出的。 這個圖是什么原理，你可以解釋一下嗎？ 沒問題。 整體結構上來看，分為外框和內框，外框是受力架，內框是測試架。 內框通過空氣彈簧，支撐在外框上，空氣彈簧用于衰減外部的振動。 Y軸：X軸花崗巖導向橫梁，通過Y空氣軸承，支撐在測量架上，可被位于受力架兩側的直線馬達驅動，沿Y方向運動。 X軸：X軸框架，也通過空氣軸承，支撐在X導向橫梁上，驅動它的X馬達，用線性導軌浮動在X導向橫梁上。X軸馬達反力，可以通過右側導入到受力架上，避免了對內框的振動影響。 Z軸：Z運動模塊，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驅動。 測試架上面，搭載了一個光柵尺架，用熱穩定性好的因瓦材料做，避免測量基準因為熱的問題，而產生太大的變形。 XY軸光柵尺，布置在光柵尺架上。 Y光柵尺兩側各豎直放置一個，另一個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，實時監測運動平臺的姿態？》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。關于參考對手，可以說得具體一點嗎？如何參考的？ 好的，沒問題，這里我就多說一點。 好的，你說吧，我聽著。 主要從以下幾點出發。 1. 從整機結構方面分析。 對手主要是兩種結構，固定橋式和移動龍門架式，兩種結構各有優缺點。 固定橋式：Y軸在最下方，可以搭載檢測工件。X軸導軌，支撐在左右兩根花崗巖立柱上，Z軸搭建在X運動的框架上。 固定橋式的好處是：X軸上直接掛Z軸，不需要做Y方向運動，所以X軸上載荷小，但是Y軸上需要放置工件，在不同的工件質量，和工件放置位置的時候，都需要保證導軌的剛性，或者需要檢測工件平臺的姿態，以免影響精度，或者做補償。這種結構Y軸載荷小。 移動龍門架式：和固定橋式不同，移動龍門架式的Y軸，架在左右兩邊支撐的立柱上，下方的檢測放置平臺不做運動，X搭建在Y軸上，Z軸搭建在X運動的框架上。 移動龍門架式的好處是：工件放置臺沒有Y方向的運動，取而代之的是，檢測軸在XYZ向做運動，此結構對工件的不同重量，和放置位置不敏感，載荷大。缺點是測頭Y向移動引入誤差，需要做足此向剛性。 此兩種結構，雖然各有優缺點，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，既固定橋式和移動龍門架式。 通過CAE團隊的努力，分析兩種方案，包括模態和瞬態分析，得到測量點與被測量點之間的誤差，龍門架式誤差更小，最終決定采取移動龍門架式。 2. 從各個運動軸的構成分析對比。 比如軸的用料、何種驅動、傳動、導向方式、光柵尺的位置等分析。機器的減振避振策略分析。 比如材料：通常工作臺和立柱以及導軌面，采用花崗巖或者碳化硅，也有用高剛性和快速振動衰減特性的鑄鐵FCD600。 比如驅動：直流伺服馬達＋無間隙滾珠絲杠；直線馬達驅動；鋼帶驅動；同步帶驅動等。Z軸根據不同配置可能有重量平衡器。 比如導軌：高精度測量都用空氣軸承，低精度可以看到線性導軌。 比如光柵尺：高精度都采用近零膨脹系數，高分辨率的微晶玻璃光柵，同時放置的位置盡量靠近測頭，減小阿貝誤差。 比如減振：都采用主動減振系統。 3. 與競爭對手技術交流，并到對手機器現場學習。 邀請競爭對手做技術分享會，報價等。并在合適的時間，去對手機器所在地，現場觀察，演示學習等。 4. 成本分析。 根據對手報價，及詢問我們公司已有的對手機型，機器的構成部件等分析機器成本。 5. 對手的機器模型重構，模態、瞬態分析。 根據現場拆卸，測量，拍照等數據采集，重構對手模型，并做模態，瞬態分析，熱分析等，得出對手機器測量點和被測量點之間，相對位移數據。 好的，你說得挺詳細的。 不過，我還想問一下，關于XYZ平臺的設計，你們主要有哪些設計要點？ 好的，下面我就來談一談。 第一，光柵尺獨立于運動平臺。 因為光柵尺是基準，所以光柵尺放置，要跟運動軸導軌分開，避免導軌的形變引入過大的誤差。 比如說，Y方向的運動軸，光柵尺是單獨用因瓦材料結構作為支撐，同時X軸光柵尺，也是支撐在這個因瓦結構上面。 這樣就保證了基準變形最小。因為當下面的運動平臺，運動到不同的位置時，不會因為導軌發生變形，而產生光柵尺過大的變形。 同時，因為獨立于我們的運動軸導軌，光柵尺的安裝結構件，可以用對熱不怎么敏感的因瓦材料。 這樣光柵尺就不會因為溫度的變化，產生過大的形變，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。 所以說，我們X軸的位置檢測，是用最下面的那條光柵尺，因為它跟我們的檢測頭是距離最近的。 再比如說Z軸，我們也布置了兩條光柵尺，分別貼在垂直的導軌兩側。 這樣做的目的，是為了檢測Z導軌的姿態，因為我們是用光學去拍照，所以說光學中心，要跟主光柵尺中心對齊，也是為了盡量減小阿貝誤差。 雖然從結構上來說，看起來有一點奇怪，但是我們的剛性是滿足要求的，是OK的。 第三，運動部件質心要跟驅動力中心對齊。 設計結果是，Y向用四個馬達，X軸用兩個馬達，Z也是兩個馬達。 為了減小甚至消除振動，運動質量中心，需要跟力中心對齊。 我們對XYZ軸，都運用了不止一個馬達的驅動。 比如X軸， 因為Z運動平臺，會在Z方向不停地運動，這樣就導致X運動平臺的重心，會不斷地變化。所以，我們至少需要兩個馬達，才能將驅動力中心，跟X運動質量中心對齊。當然，這里在控制上，使用了虛擬旋轉中心，通過不同的力配比，使得結構不會繞虛擬中心旋轉。 同理，Y軸也是一樣的道理，因為Z的運動質量，以及X運動質量，是在不停地變化，所以，Y軸兩邊的力配置不一樣。 同時，在Z方向上，運動質量在變化，為了把驅動力跟運動質心對齊，所以說，一側需要配置至少兩個馬達，才能覆蓋Z運動導致的質量變化，結果就用了一邊兩個，共4個馬達，目的就是要做出這個概念。 第四，運動線（Moving Cable）的力平衡軸設計。 因為我們的運動平臺，對力波動比較敏感，所以，我們專門設計了一個運動軸，來拖動主軸的運動線。 這一設計被運用在X軸和Y軸，因為X軸和Y軸上面的線比較多的，如果說不去做一個運動軸,來推動這個運動線，那么主軸在運動的時候,就會產生比較大的一個力波動。 這會對我們的精度帶來影響，所以，我們專門設計了這樣的一個運動軸。 當然，在設計的時候，我們也提出了兩種的設計結構。 第1種，就是傳統的同步帶拖動結構，第2種，是用歐米茄式同步帶來驅動，兩種結構的最大區別在于，后者可以提供更高的剛性，可以提供更長的行程，更適合我們的運用。 當然，我們也考慮到，可能普通的AC伺服馬達，跟不上主軸運動，所以也做了另外一個設計，就是用線性馬達，去拖動主軸運動線，速度能夠跟得上，所以，我們在設計的時候，是預留了這個線性馬達硬件接口。 第五，所有的軸，都用空氣軸承支撐。 配合磁鐵做預載來做支撐，實現零摩擦，無熱量產生。 這樣做的另一些好處是結構簡單，重量輕。 你們的設計考慮得真多。 還好吧，畢竟精度要求在那里，所以，這個機器確實有很大的難度。 是的，我也覺得難度太大了。0.3um，不是開玩笑的。 所以，一年了，你們現在還在做方案，情有可原。 別開我玩笑了，是自己實力不夠，要是實力夠，做方案也不用一年吧。 好了，不說了，說多了都是淚。 還是早點洗洗睡吧，出去別亂說，老板會不高興的，雖然我也沒說個啥具體的東西。 相信我，我嘴嚴得很，長杠桿都撬不開。 你牛。
公號，羅羅日記，老鐵，我等你來
| 
發表于 2019-9-8 21:55:53
QQ好友和群
收藏
淘帖
問題專業，描述清楚
伸手黨/灌水/看不懂
樓主
