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羅羅，我聽說你最近在做三坐標(biāo)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(biāo)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(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，根據(jù)不同的客戶需求，設(shè)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(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唬ズ退麄兏偁帲?/strong> 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(biāo)機的用戶，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(fā)產(chǎn)品驅(qū)動力。 或者，看看用戶在哪一方面的測量需求，沒有被現(xiàn)有的測量機所滿足。 比如，專門測量某一類型的零件，但是因為測量設(shè)備供應(yīng)商，看不上這種小市場，而放棄沒有做，那我覺得，也是極好的機會。 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(zhǔn)備做一臺什么樣的設(shè)備？ 這個嘛，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運動平臺。 明白了，你們的設(shè)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(jīng)過了很多次的改動，目前概念如下圖。
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2019-9-8 21:52 上傳
你們是如何得出現(xiàn)在這個概念的？ 參考競爭對手的設(shè)計，并結(jié)合內(nèi)部的技術(shù)，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(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。 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)的直線馬達驅(qū)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(dǎo)向橫梁上，驅(qū)動它的X馬達，用線性導(dǎo)軌浮動在X導(dǎo)向橫梁上。X軸馬達反力，可以通過右側(cè)導(dǎo)入到受力架上，避免了對內(nèi)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(qū)動。 測試架上面，搭載了一個光柵尺架，用熱穩(wěn)定性好的因瓦材料做，避免測量基準(zhǔn)因為熱的問題，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，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(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，實時監(jiān)測運動平臺的姿態(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(fā)。 1. 從整機結(jié)構(gòu)方面分析。 對手主要是兩種結(jié)構(gòu)，固定橋式和移動龍門架式，兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點。 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(zhì)量，和工件放置位置的時候，都需要保證導(dǎo)軌的剛性，或者需要檢測工件平臺的姿態(tài)，以免影響精度，或者做補償。這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，雖然各有優(yōu)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(tài)和瞬態(tài)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(gòu)成分析對比。 比如軸的用料、何種驅(qū)動、傳動、導(dǎo)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(dǎo)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(qū)動：直流伺服馬達＋無間隙滾珠絲杠；直線馬達驅(qū)動；鋼帶驅(qū)動；同步帶驅(qū)動等。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(tǒng)。 3. 與競爭對手技術(shù)交流，并到對手機器現(xiàn)場學(xué)習(xí)。 邀請競爭對手做技術(shù)分享會，報價等。并在合適的時間，去對手機器所在地，現(xiàn)場觀察，演示學(xué)習(xí)等。 4. 成本分析。 根據(jù)對手報價，及詢問我們公司已有的對手機型，機器的構(gòu)成部件等分析機器成本。 5. 對手的機器模型重構(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)對手模型，并做模態(tài)，瞬態(tài)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(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平臺的設(shè)計，你們主要有哪些設(shè)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(zhǔn)，所以光柵尺放置，要跟運動軸導(dǎo)軌分開，避免導(dǎo)軌的形變引入過大的誤差。 比如說，Y方向的運動軸，光柵尺是單獨用因瓦材料結(jié)構(gòu)作為支撐，同時X軸光柵尺，也是支撐在這個因瓦結(jié)構(gòu)上面。 這樣就保證了基準(zhǔn)變形最小。因為當(dāng)下面的運動平臺，運動到不同的位置時，不會因為導(dǎo)軌發(fā)生變形，而產(chǎn)生光柵尺過大的變形。 同時，因為獨立于我們的運動軸導(dǎo)軌，光柵尺的安裝結(jié)構(gòu)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(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(dǎo)軌兩側(cè)。 這樣做的目的，是為了檢測Z導(dǎo)軌的姿態(tài)，因為我們是用光學(xué)去拍照，所以說光學(xué)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(jié)構(gòu)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(zhì)心要跟驅(qū)動力中心對齊。 設(shè)計結(jié)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(zhì)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(qū)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(dǎo)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(qū)動力中心，跟X運動質(zhì)量中心對齊。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)不會繞虛擬中心旋轉(zhuǎn)。 同理，Y軸也是一樣的道理，因為Z的運動質(zhì)量，以及X運動質(zhì)量，是在不停地變化，所以，Y軸兩邊的力配置不一樣。 同時，在Z方向上，運動質(zhì)量在變化，為了把驅(qū)動力跟運動質(zhì)心對齊，所以說，一側(cè)需要配置至少兩個馬達，才能覆蓋Z運動導(dǎo)致的質(zhì)量變化，結(jié)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(shè)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(shè)計了一個運動軸，來拖動主軸的運動線。 這一設(shè)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(chǎn)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(shè)計了這樣的一個運動軸。 當(dāng)然，在設(shè)計的時候，我們也提出了兩種的設(shè)計結(jié)構(gòu)。 第1種，就是傳統(tǒng)的同步帶拖動結(jié)構(gòu)，第2種，是用歐米茄式同步帶來驅(qū)動，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，更適合我們的運用。 當(dāng)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(shè)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(shè)計的時候，是預(yù)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(yù)載來做支撐，實現(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(xiàn)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(yán)得很，長杠桿都撬不開。 你牛。
公號，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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