專利名稱：一種高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置的裝調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的安裝與調(diào)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及將圖像處理技術(shù)，基于激 光校準(zhǔn)技術(shù)及機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)相結(jié)合進(jìn)行激光三角法測(cè)量系統(tǒng)安裝調(diào)試的方法，特別是一種 用于高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置的安裝與調(diào)試方法。
背景技術(shù)：
在高速數(shù)控車床及車削中心的研發(fā)過程中，對(duì)機(jī)床功能部件和整機(jī)的動(dòng)靜態(tài)測(cè) 試，研究機(jī)床模態(tài)測(cè)試和薄弱環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)方法，保證機(jī)床安全高效運(yùn)行是需要進(jìn)行的基礎(chǔ)研 究命題。通過機(jī)床自身的在機(jī)坐標(biāo)測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)工件加工前的定位、加工過程中的在線測(cè) 量、精加工后的在機(jī)檢測(cè)，解決工件加工的幾何尺寸精度控制的問題，不僅可以為機(jī)床研發(fā) 提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，也可以有效地對(duì)機(jī)床加工過程中精度進(jìn)行控制。加工特性在機(jī)測(cè)量裝 置的裝配及其在機(jī)床上的安裝調(diào)試是機(jī)床加工特性在機(jī)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。 由于我國(guó)高速數(shù)控車床及車銷中心正處于研發(fā)階段，現(xiàn)有的安裝與調(diào)試方法對(duì)于應(yīng)用于高 速機(jī)床的工件在機(jī)測(cè)量裝置的裝配與安裝來(lái)說(shuō)不具有適應(yīng)性，需要開發(fā)針對(duì)高速機(jī)床的工 件在機(jī)測(cè)量裝置的裝配與安裝方法以滿足高速數(shù)控車床及車銷中心研發(fā)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有裝調(diào)方法應(yīng)用于高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置裝配與裝調(diào)過程中的 技術(shù)創(chuàng)造的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置的 裝配方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量裝置裝調(diào)過程的數(shù)字化評(píng)估，裝調(diào)精度高，調(diào)整過程方便有 效。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置的裝調(diào)方法，該方法包括如下步驟步驟1、應(yīng)用水平儀將光具座及其滑動(dòng)的載物臺(tái)實(shí)現(xiàn)水平調(diào)整。將靶標(biāo)固定在光具 座上，刻線處于水平狀態(tài)且高低在線陣CCD的感光面成像有效的調(diào)整范圍內(nèi)。步驟2、將另一面陣彩色CCD攝像機(jī)安裝在光具座上，靶標(biāo)，載物臺(tái)，面陣彩色CCD 攝像機(jī)依次排列。面陣彩色CCD攝像機(jī)瞄準(zhǔn)靶標(biāo)上水平刻線。將安裝測(cè)量裝置各部件的安 裝底板固定在載物臺(tái)上，激光器安裝在安裝底板上，調(diào)整激光器俯仰和高低，使載物臺(tái)在光 具座上滑動(dòng)時(shí)，激光光斑一直對(duì)準(zhǔn)靶標(biāo)上水平刻線同一位置。激光光斑位置的識(shí)別方法如 下1)、應(yīng)用面陣彩色CCD攝像機(jī)采集激光光斑圖像；幻根據(jù)彩色圖像每個(gè)像素點(diǎn)的RGB值 求HIS(色度，高度，飽合度)值；幻根據(jù)激光光束的頻率，應(yīng)用所求圖像的色度值，分割出 激光光斑圖像并進(jìn)行去噪處理，得到準(zhǔn)確的分割后激光光斑的圖像。4)、應(yīng)用圖像邊緣檢測(cè) 算法獲得激光光斑邊緣，根據(jù)邊緣像素點(diǎn)應(yīng)用最小二乘擬合圓求取圓心的方法識(shí)別出激光 光斑的位置。步驟3、將線陣CCD安裝在安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板上，對(duì)線陣CCD的俯仰 及高低調(diào)整，使安裝有線陣CCD和激光器的安裝底板在光具座上滑動(dòng)時(shí)，線陣CCD —直獲得靶標(biāo)刻線的像。轉(zhuǎn)動(dòng)靶標(biāo)使其與光具座導(dǎo)軌方向大約成15°至20°，調(diào)整線陣CXD的光敏 面與成像透鏡光軸的夾角，同時(shí)應(yīng)用線陣CCD對(duì)刻線成像，計(jì)算采集圖像沿刻線方向的梯 度，并對(duì)梯度值進(jìn)行排序，截取梯度值大的一端的一部分(例如1/5或1/10)梯度值求其 平均值，找梯度均值最大值對(duì)應(yīng)的線陣CCD的光敏面與成像透鏡光軸所夾的角度。步驟4、將一帶有安裝基準(zhǔn)平面的夾具固定在一導(dǎo)軌上，應(yīng)用激光準(zhǔn)直儀調(diào)整使夾 具中安裝基準(zhǔn)平面在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)一直與導(dǎo)軌滑動(dòng)方向垂直。將安裝夾具的導(dǎo)軌安裝在高 速機(jī)床刀具座上，應(yīng)用水平儀使導(dǎo)軌滑動(dòng)方向處于豎直狀態(tài)。步驟5、將安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板緊帖夾具安裝基準(zhǔn)平面固定。導(dǎo)軌安裝 的高低使安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)時(shí)，激光器發(fā)出的光線經(jīng)過機(jī)床 主軸中心。然后以機(jī)床上經(jīng)過車削加工的圓形工件為測(cè)量對(duì)象，調(diào)整安裝測(cè)量裝置各部件 的安裝底板的方位，應(yīng)用刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使刀具沿進(jìn)給方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，激光器出射的激光光束 照射在工件表面同一點(diǎn)。然后使導(dǎo)軌帶動(dòng)安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板上下移動(dòng)，從激 光出射的光束及光束從物體表面的反射光束形成的三角關(guān)系以及光斑在線陣CCD的光敏 面上所在的像點(diǎn)位置解算獲取工件表面的位置信息測(cè)量值，當(dāng)測(cè)量值為最小值時(shí)，固定夾 具使之與導(dǎo)軌之間不再滑動(dòng)，將激光器相對(duì)于導(dǎo)軌的位置固定下來(lái)。本發(fā)明將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到激光三角法測(cè)量裝置的安裝調(diào)校過程，提出了裝調(diào) 過程中的光斑定位識(shí)別方法，對(duì)焦成像評(píng)價(jià)方法等實(shí)現(xiàn)了調(diào)校過程觀瞄效果評(píng)價(jià)的數(shù)字 化，減小了調(diào)校過程中的主觀影響因素，提高了調(diào)校的重復(fù)性及精度。實(shí)現(xiàn)了多步驟光路調(diào) 整與機(jī)械位置調(diào)整過程評(píng)價(jià)方法的數(shù)字化，使復(fù)合調(diào)整中各步驟調(diào)整的可靠性提高，提高 了綜合調(diào)整過程的準(zhǔn)確度和效率。


圖1為用于測(cè)量裝置調(diào)校的刻線靶標(biāo)圖形。圖2高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置裝配方法示意圖。圖3測(cè)量裝置在高速車床上的裝調(diào)方法示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1、光學(xué)平臺(tái)，2、光具座，3、平臺(tái)靶標(biāo)，4、靶標(biāo)上的刻線，5、載物臺(tái)，6、測(cè) 量裝置，7、面陣CXD攝像機(jī)，8、機(jī)床導(dǎo)軌，9、機(jī)床刀具進(jìn)給箱，10、刀具座，11、加工工件，12、 刀具，13、安裝導(dǎo)軌，14、夾具，15、機(jī)床尾架，16、夾具安裝基準(zhǔn)平面。
具體實(shí)施例方式參見圖1、圖2所示，本發(fā)明涉及的裝配方法使基于點(diǎn)光源激光三角法的測(cè)量系統(tǒng) 在有效地測(cè)量范圍內(nèi)光路成像滿足kheimpf Iug條件，并使由激光器，線陣CCD以及安裝底 板組成的測(cè)量裝置，以下簡(jiǎn)稱測(cè)量裝置的出射光束與反射光束組成的平面與裝置中線陣圖 像傳感器件的感光像素在同一平面內(nèi)并與測(cè)量裝置的安裝基準(zhǔn)面平行。具體方法如下在 光學(xué)平臺(tái)1上將光具座2的上表面用水平儀調(diào)整水平。將載物臺(tái)5用光具座專用夾具固定 在光具座上，在光具座上滑動(dòng)載物臺(tái)，并用水平儀調(diào)整使其上表面一直處于水平狀態(tài)。用光 具座方形支架將平面靶標(biāo)3固定在光具座上，靶標(biāo)刻線如圖1所示。刻線朝向載物臺(tái)。調(diào)整 方形支架的高低及靶標(biāo)的方向，使靶標(biāo)上的刻線水平并使刻線高低在線陣CCD感光面成像 有效的調(diào)整范圍內(nèi)。將面陣彩色CCD攝像機(jī)7安裝固定在光具座上，使載物臺(tái)5界于平面靶標(biāo)3與面陣彩色CCD攝像機(jī)7中間。彩色CCD瞄準(zhǔn)平面靶標(biāo)3上刻線的十交叉點(diǎn)。將測(cè)量 裝置6的底板安裝基準(zhǔn)面緊貼載物臺(tái)上表面固定，激光光源安裝在測(cè)量裝置安裝底板上， 調(diào)整激光光源俯仰和高低，使載物臺(tái)6在光具座上滑動(dòng)時(shí)，激光光斑一直對(duì)準(zhǔn)平面靶標(biāo)3上 水平刻線十字交叉點(diǎn)。這種使激光光束與測(cè)量裝置的安裝基準(zhǔn)面平行。激光光斑位置的識(shí) 別方法如下1)、應(yīng)用面陣彩色CCD采集激光光斑圖像；幻根據(jù)彩色圖像每個(gè)像素點(diǎn)的RGB 值求HIS(色度，高度，飽合度)值；幻根據(jù)激光光束的頻率，應(yīng)用所求圖像的色度值(如紅 色激光束，分割圖像中色度值界與0°至10°之間或350°至360°之間的像素點(diǎn))，分割出 激光光斑圖像并進(jìn)行去噪處理，得到準(zhǔn)確的分割后激光光斑的圖像。4)、應(yīng)用圖像邊緣檢測(cè) 算法獲得激光光斑邊緣，根據(jù)邊緣像素點(diǎn)應(yīng)用最小二乘擬合圓求取圓心的方法識(shí)別出激光 光斑的位置。再將線陣CXD安裝在測(cè)量裝置安裝底板上，對(duì)線陣CXD俯仰及高低調(diào)整，使測(cè) 量裝置在光具座上滑動(dòng)時(shí)，線陣CXD —直獲得平面靶標(biāo)3如圖1中刻線的像。這種可以使 測(cè)量裝置出射光束與反射光束組成的平面與裝置中線陣圖像傳感器件的感光像素在同一 平面內(nèi)。然后將平面靶標(biāo)3轉(zhuǎn)動(dòng)使刻線朝向線陣CCD成像一側(cè)，并使靶標(biāo)平面3與光具座 2導(dǎo)軌方向大約成15°至20°，調(diào)整線陣C⑶光敏面與成像透鏡光軸的夾角，同時(shí)應(yīng)用線 陣CCD對(duì)刻線成像，計(jì)算采集圖像沿刻線方向的梯度，并對(duì)梯度值進(jìn)行排序，截取梯度較大 的一部分求平均值，找梯度均值最大值對(duì)應(yīng)的CCD光敏面與成像透鏡光軸所夾的角度。這 樣使激光光源與線陣CCD光敏面在測(cè)量裝置有效地測(cè)量范圍內(nèi)光路成像滿足kheimpflug 條件。通過上述調(diào)整方法調(diào)整完成的測(cè)量裝置應(yīng)用線陣CCD快速獲得序列光斑圖像，通過 圖像恢復(fù)技術(shù)及光斑圖像中心來(lái)像素提取技術(shù)可以獲得激光光斑的位置，通過出射光束與 反射光束三角關(guān)系解算即可獲得反射點(diǎn)處的空間位置信息。因此經(jīng)過上述方法裝調(diào)完成的 測(cè)量裝置是一種高速車床在機(jī)測(cè)量裝置，可以應(yīng)用于高速車床加工工件的在機(jī)測(cè)量。
參見圖3所示，本發(fā)明涉及的裝調(diào)方法是將高速車床在機(jī)測(cè)量裝置安裝在高速機(jī) 床上，使測(cè)量裝置測(cè)量光路通過車床主軸軸線，并能將測(cè)量裝置獲取的高速旋轉(zhuǎn)工件的表 面位置信息有效地轉(zhuǎn)化成為由車床主軸，刀具座，導(dǎo)軌組成的圓柱坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)工件加工 前的定位、加工過程中的在線測(cè)量、精加工后的在機(jī)檢測(cè)功能。裝調(diào)方法如下將固定測(cè)量 裝置的夾具14安裝安裝在一行程在30mm左右的導(dǎo)軌13上，導(dǎo)軌13的直線度小于0. 005mm。 應(yīng)用激光準(zhǔn)直儀調(diào)整使夾具安裝測(cè)量裝置的基準(zhǔn)平面16在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)一直與導(dǎo)軌滑動(dòng) 方向垂直狀態(tài)。將安裝有夾具13的導(dǎo)軌14安裝在高速機(jī)床刀具座上，將水平儀放置在夾 具安裝測(cè)量裝置的基準(zhǔn)平面16上調(diào)整導(dǎo)軌14方位使夾具13在導(dǎo)軌14上滑動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)平面 16 一直處于水平狀態(tài)，確保導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向處于豎直方向。再將測(cè)量裝置6的底板安裝基準(zhǔn) 面緊貼基準(zhǔn)平面16固定，調(diào)整測(cè)量裝置6的方位，應(yīng)用刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使刀具沿進(jìn)給方向運(yùn) 動(dòng)時(shí)，測(cè)量裝置6出射的激光光束照射在工件表面同一點(diǎn)。導(dǎo)軌的安裝位置需確保夾具13 上的測(cè)量裝置6沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)時(shí)，測(cè)量點(diǎn)經(jīng)過機(jī)床主軸中心。然后以機(jī)床上經(jīng)過車削加 工的圓形工件為測(cè)量對(duì)象，使測(cè)量裝置6沿導(dǎo)軌13上下移動(dòng)時(shí)，從測(cè)量裝置6獲取工件表 面位置信息，當(dāng)測(cè)量值為最小值時(shí)，固定夾具使之與導(dǎo)軌之間不再滑動(dòng)，將測(cè)量裝置相對(duì)于 導(dǎo)軌的位置固定下來(lái)。高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置裝配方法確保測(cè)量裝置的出射光束 與反射光束所組成的平面與測(cè)量裝置底板安裝基準(zhǔn)平行。上述安裝夾具上的基準(zhǔn)與面與導(dǎo) 軌方向垂直從而確保測(cè)量裝置的出射光束與反射光束所組成的平面與導(dǎo)軌方向垂直。保證 了的出射光束與反射光束所組成的平面與機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)中心平行或重合。當(dāng)測(cè)量裝置測(cè)量圓形工件表面獲取位置信息最小值時(shí)，測(cè)量裝置的出射光束與反射光束所組成的平面經(jīng)過 機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)中心。
權(quán)利要求
1.一種高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置的裝調(diào)方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1、應(yīng)用水平儀將光具座及其滑動(dòng)的載物臺(tái)實(shí)現(xiàn)水平調(diào)整，將刻線靶標(biāo)固定在光具座上，刻線處于水平狀態(tài)且高低在線陣CCD的感光面成像有效的調(diào)整范圍內(nèi)；步驟2、將一面陣彩色CCD攝像機(jī)安裝在光具座上，靶標(biāo)，載物臺(tái)，面陣彩色CCD攝像機(jī) 依次排列，面陣彩色CCD攝像機(jī)瞄準(zhǔn)靶標(biāo)上水平刻線，將安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板 的安裝底板固定在載物臺(tái)上，激光器安裝在裝置安裝底板上，調(diào)整激光器俯仰和高低，使載 物臺(tái)在光具座上滑動(dòng)時(shí)，激光光斑一直對(duì)準(zhǔn)靶標(biāo)上水平刻線同一位置；步驟3、將線陣CCD安裝在安裝測(cè)量裝置的安裝底板上，對(duì)線陣CCD的俯仰及高低調(diào) 整，使安裝測(cè)量裝置的安裝底板在光具座上滑動(dòng)時(shí)，線陣CCD —直獲得靶標(biāo)刻線的像，轉(zhuǎn)動(dòng) 靶標(biāo)使其與光具座導(dǎo)軌方向大約成15°至20°，調(diào)整線陣C⑶的光敏面與成像透鏡光軸 的夾角，同時(shí)應(yīng)用線陣CCD對(duì)刻線成像，計(jì)算采集圖像沿刻線方向的梯度，并對(duì)梯度值進(jìn)行 排序，截取梯度值大的一端的一部分梯度值求其平均值，找梯度均值最大值對(duì)應(yīng)的線陣CCD 的光敏面與成像透鏡光軸所夾的角度；步驟4、將一帶有安裝基準(zhǔn)平面的夾具固定在一導(dǎo)軌上，應(yīng)用激光準(zhǔn)直儀調(diào)整使夾具中 安裝基準(zhǔn)平面在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)一直與導(dǎo)軌滑動(dòng)方向垂直，將安裝夾具的導(dǎo)軌安裝在高速機(jī) 床刀具座上，應(yīng)用水平儀使導(dǎo)軌滑動(dòng)方向處于豎直狀態(tài)；步驟5、將安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板緊帖夾具安裝基準(zhǔn)平面固定，導(dǎo)軌安裝的高 低使安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)時(shí)，激光器發(fā)出的光線經(jīng)過機(jī)床主軸 中心，然后以機(jī)床上經(jīng)過車加工的圓形工件為測(cè)量對(duì)象，調(diào)整安裝測(cè)量裝置各部件的安裝 底板的方位，應(yīng)用刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使刀具沿進(jìn)給方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，激光器出射的激光光束照射在 工件表面同一點(diǎn)，然后使導(dǎo)軌帶動(dòng)安裝測(cè)量裝置各部件的安裝底板上下移動(dòng)，從激光出射 的光束及光束從物體表面的反射光束形成的三角關(guān)系以及光斑在線陣CCD的光敏面上所 在的像點(diǎn)位置解算獲取工件表面的位置信息測(cè)量值，當(dāng)測(cè)量值為最小值時(shí)，固定夾具使之 與導(dǎo)軌之間不再滑動(dòng)，將激光器相對(duì)于導(dǎo)軌的位置固定下來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置的裝調(diào)方法，其特征在 于，激光光斑位置的識(shí)別方法如下1)、應(yīng)用面陣彩色CCD攝像機(jī)采集激光光斑圖像；2)根 據(jù)彩色圖像每個(gè)像素點(diǎn)的RGB值求HIS即色度，高度，飽合度值；幻根據(jù)激光光束的頻率， 應(yīng)用所求圖像的色度值，分割出激光光斑圖像并進(jìn)行去噪處理，得到準(zhǔn)確的分割后激光光 斑的圖像；4)、應(yīng)用圖像邊緣檢測(cè)算法獲得激光光斑邊緣，根據(jù)邊緣像素點(diǎn)應(yīng)用最小二乘擬 合圓求取圓心的方法識(shí)別出激光光斑的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速車床加工特性在機(jī)測(cè)量裝置的裝調(diào)方法，本發(fā)明將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到激光三角法測(cè)量裝置的安裝調(diào)校過程，提出了裝調(diào)過程中的光斑定位識(shí)別方法，對(duì)焦成像評(píng)價(jià)方法等實(shí)現(xiàn)了調(diào)校過程觀瞄效果評(píng)價(jià)的數(shù)字化，減小了調(diào)校過程中的主觀影響因素，提高了調(diào)校的重復(fù)性及精度。實(shí)現(xiàn)了多步驟光路調(diào)整與機(jī)械位置調(diào)整過程評(píng)價(jià)方法的數(shù)字化，使復(fù)合調(diào)整中各步驟調(diào)整的可靠性提高，提高了綜合調(diào)整過程的準(zhǔn)確度和效率。
文檔編號(hào)B23Q17/24GK102091974SQ20101054196
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者張維光, 趙宏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)蘇州研究院