一種加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法
【專利摘要】一種加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，用于對機械加工機床的在線測量探頭進行標定，其特征在于，包括以下步驟：一，在機床校準后的可固定標準量棒的元件上安裝標準量棒作為標定參照；二，使用測量探頭碰觸標準量棒任意位置多次，并記錄碰觸時測量探頭的坐標數據；三，對步驟二記錄的測量數據進行處理，擬合得出一個半圓輪廓；四，由擬合得到的半圓輪廓計算出圓心位置坐標，將該圓心坐標與標準量棒的圓心及半徑、測量探頭半徑進行幾何處理，即得到測量探頭中心的坐標。該標定方法具有設計結構與安裝過程簡單、節(jié)省空間、成本低廉的優(yōu)點。
【專利說明】
一種加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于機械加工領域，特別是涉及一種加工機床的測量探頭的標定方法。
【背景技術】
[0002]機械加工是先進制造技術的基層作業(yè)，是先進制造系統(tǒng)中最基本最活躍的環(huán)節(jié)，其基本目標是在低成本、高生產率的條件下保證產品的質量。機械加工在線測量技術能夠在現(xiàn)場對加工工件進行測量，實時反饋裝配與加工的質量，在一定程度上在線對刀具磨損以及溫升進行實時補償以提高加工精度與質量。特別是在多品種小批量生產條件下，研究先進的在線測量技術意義尤其重大，因為在線測量是加工測量一體化技術的重要組成部分，是保證質量和提高生產率的重要手段。
[0003]現(xiàn)有的測量系統(tǒng)一般利用標準球作為標定物，對所需標定的三坐標探頭進行標定。但在在線測量中，由于機床的限制，并不是所有的機床均擁有足夠的自由度以及空間來安裝三坐標探頭以及標準球。安裝三坐標探頭以及標準球的在線測量標定方式條件限制較多且成本較高，故而國內所生產機床大多不包含在線測量系統(tǒng)，大大制約著我國加工制造的精度與質量的提高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為解決上述問題，提出了一種加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，該方法無需使用成本較高的三坐標探頭和標準球，能夠適應國內生產的大多數機床在在線測。
[0005]一種加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，用于對機械加工機床的在線測量探頭進行標定，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟一，在機床校準后的可固定標準量棒的元件上安裝標準量棒作為標定參照；
[0007]步驟二，使用測量探頭碰觸標準量棒任意位置多次，并記錄碰觸時測量探頭的坐標數據；
[0008]步驟三，對步驟二記錄的測量數據進行處理，擬合得到一個半圓輪廓；
[0009]步驟四，由擬合得到的半圓輪廓計算出圓心位置坐標，將該圓心坐標與標準量棒的圓心及半徑、測量探頭半徑進行幾何處理，即得到測量探頭中心的坐標。
[0010]本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，還可以具有這樣的特征:其中，標準量棒安裝在頂針上。
[0011]本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，還可以具有這樣的特征:其中，測量探頭安裝在可進行旋轉的機床主軸上且可隨著機床主軸運動。
[0012]本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，還可以具有這樣的特征:其中，測量探頭可旋轉地安裝在機床主軸上。
[0013]本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，還可以具有這樣的特征:其中，測量探頭為接觸式探頭。
[0014]本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，還可以具有這樣的特征:其中，測量探頭與加工機床的控制部連接，當測量探頭受到一定壓力時，加工機床停止當前操作同時將此時的坐標記錄在控制部中。
[0015]本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，還可以具有這樣的特征:其中，步驟二中測量探頭碰觸標準量棒的不同角度的不同位置。
[0016]本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，還可以具有這樣的特征:其中，步驟三中使用Matlab、Mathmatica、Maple以及OriginLab軟件中的任意一種來完成擬合。
[0017]發(fā)明作用與效果
[0018]根據本發(fā)明提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，因為測量探頭安裝在機床主軸上，直接利用主軸進行測量以及標定動作，并可進行旋轉操作，故而具有設計結構與安裝過程簡單、節(jié)省空間、成本低廉的優(yōu)點；另外使用標準量棒作為標定參照物并安裝在機床現(xiàn)有的固定裝置上，因此無需增加額外的標定參照物;又由于測量點位置具有任意性，故而在線測量的標定程序的設計較為簡單。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法標定工作時的磨齒機床標定總體示意圖；
[0020]圖2為測量探頭工作以及停機狀態(tài)下的位置示意圖；
[0021 ]圖3為測量探頭測量以及標定狀態(tài)下的位置示意圖；以及
[0022]圖4為測量探頭標定時各個部件的位置示意圖；
[0023]圖5為測量探頭測量位置示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖對本發(fā)明的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法的原理步驟使用效果作具體闡述。
[0025]實施例
[0026]圖1是本發(fā)明的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法標定工作時的磨齒機床標定總體示意圖。
[0027]如圖1所示，磨齒機床包括底座1、導軌2、導軌3、立柱4、砂輪5、砂輪主軸電機6、測量探頭7、金剛輪8、頂針9a與9b、工件主軸電機10、標準量棒11、導軌12以及圖中未顯示的控制部。
[0028]其中，由于導軌2、導軌3與立柱4中旋轉軸的存在，機床主軸有三個自由度，分別為前后移動的Y軸、左右移動的X軸以及旋轉軸B軸，而工件的固定裝置為一對頂針9a與9b，右側頂針9b通過導軌12可左右移動以便裝夾，同時由于工件主軸電機10，可繞A軸進行旋轉操作。各軸的位置以及動作通過各軸上的傳感器、傳動電機以及控制臺之間相互連接進行信息交互與動作控制。在機床校準后的頂針9a與9b之間安裝標準量棒11作為標定參照。
[0029]圖2為測量探頭工作以及停機狀態(tài)下的位置示意圖。
[0030]圖3為測量探頭測量以及標定狀態(tài)下的位置示意圖。
[0031 ]圖4為測量探頭標定時各個部件的位置示意圖。
[0032]如圖2所示，測量探頭7安裝在磨齒機床主軸上傳動電機的側面，此狀態(tài)為收縮狀態(tài)，進行加工以及停機時測量探頭處于此位置;在進行測量以及標定時，測量探頭將會旋轉90。，如圖3、4所示。
[0033]如圖2，測量探頭7處于伸出狀態(tài)時，即可進行標定工作。
[0034]第一，將標準量棒11安裝在機床的固定裝置頂針9a與9b上并加以固定；
[0035]第二，通過機床立柱4的Y軸的向前運動，將測量探頭7對標準量棒11進行碰觸，碰觸時記錄機床的各軸坐標值(X、Y、A、B軸的坐標值)；至此完成首次碰觸。碰觸完成后，沿Y軸后移，撤出測量探頭7。
[0036]在上次測量的基礎上，對B軸一定的角度旋轉，然后再進行二次碰觸。同樣，記錄碰觸時機床各軸的坐標值。接下來，即為以上操作的重復。為保持標定的高精度可碰觸多點。
[0037]第三，由于機床的尺寸、標準量棒的直徑、探頭長度、探頭直徑等參數條件已知，故而當得到機床的各軸坐標值后即可得到測量探頭7的位置。
[0038]第四，根據多個碰觸時的測量探頭的位置，依靠Matlab、Mathmatica、Maple以及OriginLab程序功能即可擬合出虛擬的量棒的圓心位置坐標，本實施例中使用的是Matlab。
[0039]圓的擬合，理論上，由機床所測量的點都應位于標準量棒的外圓上，但是由于采用的是接觸式測量，在測量的過程中，測量探頭部分需要有一定的變形量，才會產生觸發(fā)信號，從而使得實際測量位置偏離理論位置，導致測量存在一定的誤差。
[0040]圖5為測量探頭測量位置示意圖
[0041]測量位置的變化關系及測量的位置偏差示意圖如圖5所示，由于接觸式測頭需要通過測桿的變形從而產生觸發(fā)信號，所以當測頭逐漸向底端移動時，此時將產生較大的偏差值。
[0042]以本機床為例，如圖5所示，測量探頭L長度約為80mm，標準量棒的直徑為30mm，Δ Θ= 0.0035°，以豎直方向為基準，當Θ為90°時，測量探頭產生的滑移量是Θ為0°時的10倍，由此可見，隨著測量探頭的長度的增加以及測頭觸發(fā)靈敏度的減弱，由此產生的滑移量將進一步增加。在保證精度的前提下，為了獲取較多的測量數據，根據測量數據并結合相關經驗，Θ的取值范圍應不大于40°?50°。
[0043]實施例的作用和有益效果
[0044]根據本實施例提供的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，因為測量探頭安裝在機床主軸上，直接利用主軸進行測量以及標定動作，并可進行旋轉操作，故而具有設計結構與安裝過程簡單、節(jié)省空間、成本低廉的優(yōu)點；另外使用標準量棒作為標定參照物并安裝在機床現(xiàn)有的固定裝置上，因此無需增加額外的標定參照物;又由于測量點位置具有任意性，故而在線測量的標定程序的設計較為簡單。
[0045]進一步地，由于標準量棒安裝在頂針上，利用加工機床自有的夾持固定機構對標準量棒進行夾持固定，省卻了設計安裝夾持結構的成本，更有利于該標定方法的推廣。
[0046]進一步地，由于測量探頭為接觸式探頭，較非接觸式探頭測量而言，能夠適應機床中油液等的污染，保證測量精度，同時技術成熟購置成本低，更適合國內所生產機床大多不包含在線測量系統(tǒng)采用，切合他們的成本省而效果好的要求。[OO47]另外，使用現(xiàn)有的商業(yè)化的處理軟件Mat lab、Mathmatica、Maple以及OriginLab，易于實現(xiàn)，省去了自行開發(fā)處理軟件的麻煩。
【主權項】
1.一種加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，用于對機械加工機床的在線測量探頭進行標定，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，在機床校準后的可固定標準量棒的元件上安裝所述標準量棒作為標定參照；步驟二，使用所述測量探頭碰觸所述標準量棒任意位置多次，并記錄碰觸時所述測量探頭的坐標數據； 步驟三，對步驟二記錄的測量數據進行處理，擬合得到一個半圓輪廓； 步驟四，由擬合得到的所述半圓輪廓計算出圓心位置坐標，將該圓心坐標與所述標準量棒的圓心及半徑、所述測量探頭半徑進行幾何處理，即得到所述測量探頭中心的坐標。2.根據權利要求1所述的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，其特征在于: 其中，所述標準量棒安裝在頂針上。3.根據權利要求1所述的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，其特征在于: 其中，所述測量探頭安裝在可進行旋轉的機床主軸上且可隨著所述機床主軸運動。4.根據權利要求3所述的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，其特征在于: 其中，所述測量探頭可旋轉地安裝在所述機床主軸上。5.根據權利要求1所述的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，其特征在于: 其中，所述測量探頭為接觸式探頭。6.根據權利要求1所述的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，其特征在于: 其中，所述測量探頭與所述加工機床的控制部連接，當所述測量探頭受到一定壓力時，所述加工機床停止當前操作同時將此時的坐標記錄在所述控制部中。7.根據權利要求1所述的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，其特征在于: 其中，步驟二中所述測量探頭碰觸所述標準量棒的不同角度的不同位置，為了減小由于所述標準量棒變形所產生的誤差，在滿足測量要求的情況下應盡可能減小所述標準量棒的長度。8.根據權利要求1所述的加工機床中在線測量的測量探頭的標定方法，其特征在于: 其中，步驟三中使用Mat lab、Mathmati ca、Maple以及OriginLab軟件中的任意一種來完成擬合。
【文檔編號】G01B21/00GK106017377SQ201610592248
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】汪中厚, 劉欣榮, 王冰青, 馬雅鶴, 曹歡, 徐闡
【申請人】上海理工大學