觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法
【專利摘要】觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法，采用標(biāo)準(zhǔn)球作為標(biāo)定用具，觸測標(biāo)準(zhǔn)球球面上分布均勻的若干個測點，采用最小二乘法對測點數(shù)據(jù)進行球面擬合，計算出標(biāo)準(zhǔn)球的測量半徑，通過標(biāo)準(zhǔn)球的測量半徑與標(biāo)準(zhǔn)球公稱半徑的差值得出觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程。本發(fā)明以標(biāo)定結(jié)果為依據(jù)對在機測量結(jié)果進行修正，避免了測量過程中，由于測頭探針與工件的位置與數(shù)控系統(tǒng)記錄的測點位置不同所造成的測量誤差；避免了現(xiàn)有的標(biāo)定方法中以測頭各個方向上預(yù)行程的平均值代替實際的軸向預(yù)行程所產(chǎn)生的誤差，提高了標(biāo)定精度，且使用市售標(biāo)準(zhǔn)量具—標(biāo)準(zhǔn)球作為標(biāo)定用具，無需其他設(shè)備，使用成本低，操作簡便。
【專利說明】觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于在機測量方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在機測量用觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在機測量技術(shù)依托數(shù)控機床的運動控制及位置檢測功能，在工件的加工位置上對其幾何特征、相對位置進行測量，可用于工件坐標(biāo)系的自動建立或調(diào)整、工件加工精度的實時檢測及在線質(zhì)量控制等工藝過程，是實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程自動化、智能化、高速化、高精度化的有效途徑。由于避免了工件在機床與檢測設(shè)備之間的搬運，該技術(shù)有效克服了工藝基準(zhǔn)不重合造成的制造誤差，減小了不必要時間和物質(zhì)消耗，減輕了勞動強度，提高了生產(chǎn)力。
[0003]觸發(fā)式測頭是在機測量系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，參見圖1。測量時，測頭在數(shù)控機床的帶動下向工件運動，當(dāng)探針I(yè)接觸到工件后，生成觸發(fā)信號，數(shù)控系統(tǒng)響應(yīng)觸發(fā)信號，記錄下該測點在機床坐標(biāo)系下的位置。如此按工藝要求測量多個測點，對坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行處理，生成檢測報告。通常，三維觸發(fā)式測頭可被觸發(fā)的方向包括XY平面內(nèi)任意方向(徑向)及+Z方向(軸向)。
[0004]觸發(fā)式測頭測量工作時序如圖2所示。T1時刻為測頭探針測球與被測工件接觸的時刻，T2測頭發(fā)出觸發(fā)信號的時刻，T3為數(shù)控系統(tǒng)響應(yīng)觸發(fā)信號時刻至T3時段內(nèi)測頭與被測工件的相對位移量即為測頭的預(yù)行程。相關(guān)研究表明，由于數(shù)控系統(tǒng)記錄的測點位置與探針和被測工件的實際接觸位置存在偏差(即預(yù)行程)而造成測量誤差，占在機測量總體誤差中的比重高達60%以上。補償是減小測頭預(yù)行程影響測量精度的有效手段，而準(zhǔn)確進行預(yù)行程的標(biāo)定，是保證補償精度的必要前提。
[0005]受測頭觸發(fā)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性的影響，在不同觸發(fā)方向上，測頭的預(yù)行程并不一致。因此準(zhǔn)確的補償應(yīng)具體的沿不同方向進行。測頭的軸向預(yù)行程與沿其他方向的預(yù)行程有很大差別。如圖3所示，沿測頭軸向(Z向)測量，多用于確定工件的加工余量及切削深度，測量結(jié)果直接決定了工件的切削工藝參數(shù)的選取和最終的加工精度。因此，在測量前必須準(zhǔn)確標(biāo)定測頭的軸向預(yù)行程。
[0006]目前，對于測頭的軸向預(yù)行程，能實現(xiàn)定值標(biāo)定的方法很少:
[0007]—是借助獨立標(biāo)定設(shè)備(下稱獨立法)。將測頭安裝在具備運動控制、接觸狀態(tài)監(jiān)測、觸發(fā)信號識別及位移量測量的設(shè)備上，模擬觸發(fā)式測頭的觸發(fā)測量過程，標(biāo)定其預(yù)行程。
[0008]考慮到測頭的預(yù)行程會受到測量工況的明顯影響，標(biāo)定不應(yīng)獨立于機床運行環(huán)境。而獨立法的標(biāo)定工況與測頭的實際測量工況有較大差別，因此其標(biāo)定結(jié)果并不能準(zhǔn)確反映測頭測量時的預(yù)行程；此外，獨立法以測頭發(fā)出觸發(fā)信號的時刻代替實際測量時數(shù)控記錄位置坐標(biāo)的時刻作為預(yù)行程的核算基準(zhǔn)，使得該法存在原理誤差；第三，獨立標(biāo)定設(shè)備造價高昂，操作繁瑣，工程適應(yīng)性差。[0009]二是作用半徑法?？紤]到探針測球半徑對測量的影響，進行數(shù)據(jù)處理時通常需要進行半徑補償。由于測頭存在預(yù)行程，實際測量時以探針測球公稱半徑進行補償是不準(zhǔn)確的。在標(biāo)準(zhǔn)球球面上觸測若干個測點，計算出標(biāo)準(zhǔn)球的測量半徑，其與標(biāo)準(zhǔn)球公稱半徑的差值即為包含測頭預(yù)行程的探針測球作用半徑，以此進行補償，可以在一定程度上減小預(yù)行程對測量結(jié)果的影響。作用半徑法以各個方向上預(yù)行程的等效平均值代替實際的預(yù)行程，均化了誤差。然而，觸發(fā)式測頭在各個方向上的預(yù)行程并不相同，甚至有較大差別，這種以平均誤差進行補償?shù)乃枷?，并不適用于沿軸向測量的場合，難以有效提高測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的標(biāo)定精度低的問題。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案為，觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法，采用標(biāo)準(zhǔn)球作為標(biāo)定用具，在標(biāo)準(zhǔn)球某截圓上觸測沿圓周均勻分布的若干個點，并用最小二乘法對各測點坐標(biāo)值進行圓擬合運算，得到被測截圓的半徑及圓心坐標(biāo)；然后測量被測截圓與球頂之間的距離；最后，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)球公稱半徑和探針測球半徑，算出觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程。
[0012]本發(fā)明的特點還在于，具體包括以下步驟:
[0013]第一步:將標(biāo)準(zhǔn)球吸附在數(shù)控機床工作臺上，保證觸發(fā)式測頭在其行程范圍內(nèi)能夠準(zhǔn)確、安全的觸測標(biāo)準(zhǔn)球；
[0014]第二步:調(diào)節(jié)數(shù)控機床在X軸、Y軸和Z軸方向的位置，將觸發(fā)式測頭探針定位在標(biāo)準(zhǔn)球某圓周處并進行試觸測，記錄觸發(fā)時的Z軸坐標(biāo)Z1 ；
[0015]第三步:在數(shù)控機床的帶動下，通過X軸、Y軸插補運動，在標(biāo)準(zhǔn)球的待測截圓上觸測均勻分布的若干個點，記錄下每個測點的位置坐標(biāo)(XiJi);
[0016]第四步:采用最小二乘法，對第三步得到的一系列坐標(biāo)值進行圓擬合計算，得到標(biāo)準(zhǔn)球被測截圓的半徑r及圓心坐標(biāo)(H)；
[0017]第五步:將觸發(fā)式測頭沿Z軸向上移動，使得觸發(fā)式測頭探針高于標(biāo)準(zhǔn)球；
[0018]第六步:在數(shù)控機床的帶動下，通過X軸、Y軸插補運動，將觸發(fā)式測頭探針定位在標(biāo)準(zhǔn)球的被測截圓圓心處(XpYtl)；
[0019]第七步:將觸發(fā)式測頭沿Z軸向下運動觸測標(biāo)準(zhǔn)球頂點，記錄觸發(fā)時Z軸坐標(biāo)Z2 ；
[0020]第八步:根據(jù)第二步得到的Z軸坐標(biāo)Z1、第四步得到的半徑r及第七步得到的Z軸坐標(biāo)Z2，得到觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程T，
[0021]r = (R + b)-水R + bf -r -(Z2 -Z1)
[0022]式中，R為標(biāo)準(zhǔn)球公稱半徑；b為探針測球半徑。
[0023]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0024]1、本發(fā)明通過在標(biāo)準(zhǔn)球球面上觸測分布均勻的若干個測點，采用最小二乘法對測點數(shù)據(jù)進行球面擬合，計算出標(biāo)準(zhǔn)球的測量半徑，其與標(biāo)準(zhǔn)球公稱半徑的差值即為包含測頭預(yù)行程的探針測球作用半徑，以此進行補償，在一定程度上減小了預(yù)行程對測量結(jié)果的影響，標(biāo)定精度聞。
[0025]2、本發(fā)明以標(biāo)定結(jié)果為依據(jù)對在機測量結(jié)果進行修正，避免了測量過程中，由于測頭探針與工件的位置與數(shù)控系統(tǒng)記錄的測點位置不同所造成的測量誤差；避免了現(xiàn)有的標(biāo)定方法中以測頭各個方向上預(yù)行程的平均值代替實際的軸向預(yù)行程所產(chǎn)生的誤差，提高了標(biāo)定精度。[0026]3、本發(fā)明方法使用市售標(biāo)準(zhǔn)量具一標(biāo)準(zhǔn)球作為標(biāo)定用具，無需其他設(shè)備，使用成本低，操作簡便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是觸發(fā)式測頭基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是觸發(fā)式測頭觸測工作時序圖；
[0029]圖3是安裝有觸發(fā)式測頭的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程標(biāo)定方法的標(biāo)定原理示意圖；
[0031]圖5是本發(fā)明觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程標(biāo)定方法標(biāo)定裝置示意圖；
[0032]圖6是圖5的側(cè)視圖；
[0033]圖7是本發(fā)明實施例2的標(biāo)定示意圖，其中，點化線代表測頭測量的截圓及路徑，虛線表示測量完截圓后，觸測球頂位置時測頭的路徑。
[0034]附圖中，1.探針；2.觸發(fā)式測頭；3.標(biāo)準(zhǔn)球；4.數(shù)控機床工作臺；5.加長桿；6.磁力表座；7.緊定螺釘。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0036]觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程標(biāo)定方法，采用標(biāo)準(zhǔn)球作為標(biāo)定用具，參見圖1、圖3、圖5及圖6。其原理為，標(biāo)準(zhǔn)球上任意截圓與球頂?shù)木嚯xL由該截圓半徑r決定。在標(biāo)準(zhǔn)球某截圓上觸測沿圓周均勻分布的若干個點，并用最小二乘法對各測點坐標(biāo)值進行圓擬合運算，得到被測截圓的半徑及圓心坐標(biāo)；然后測量被測截圓與球頂之間的距離I = Z2-Z1 ;最后，綜合測頭探針半徑對測量結(jié)果的影響，觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程為:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法，其特征在于，采用標(biāo)準(zhǔn)球作為標(biāo)定用具，在標(biāo)準(zhǔn)球某截圓上觸測沿圓周均勻分布的若干個點，并用最小二乘法對各測點坐標(biāo)值進行圓擬合運算，得到被測截圓的半徑及圓心坐標(biāo)；然后測量被測截圓與球頂之間的距離；最后，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)球公稱半徑和探針測球半徑，算出觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程。
2.如權(quán)利要求1所述的觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程的標(biāo)定方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 第一步:將標(biāo)準(zhǔn)球吸附在數(shù)控機床工作臺上，保證觸發(fā)式測頭在其行程范圍內(nèi)能夠準(zhǔn)確、安全的觸測標(biāo)準(zhǔn)球； 第二步:調(diào)節(jié)觸發(fā)式測頭在X軸、Y軸和Z軸方向的位置，將觸發(fā)式測頭探針定位在標(biāo)準(zhǔn)球某圓周處并進行試觸測，記錄觸發(fā)時的Z軸坐標(biāo)Z1 ； 第三步:在數(shù)控機床的帶動下，通過X軸、Y軸插補運動，在標(biāo)準(zhǔn)球的待測截圓上觸測均勻分布的若干個點，記錄下每個測點的位置坐標(biāo)(XiJi); 第四步:采用最小二乘法，對第三步得到的一系列坐標(biāo)值進行擬合計算，得到標(biāo)準(zhǔn)球被測截圓的半徑r及圓心坐標(biāo)(X。、Y。)； 第五步:將觸發(fā)式測頭沿Z軸向上移動，使得觸發(fā)式測頭探針高于標(biāo)準(zhǔn)球； 第六步:在數(shù)控機床的帶動下，通過X軸、Y軸插補運動，將觸發(fā)式測頭探針定位在標(biāo)準(zhǔn)球的被測截圓圓心處(H)； 第七步:將觸發(fā)式測頭沿Z軸向下運動觸測標(biāo)準(zhǔn)球頂點，記錄觸發(fā)時Z軸坐標(biāo)Z2 ；第八步:根據(jù)第二步得到的Z軸坐標(biāo)Z1、第四步得到的半徑r及第七步得到的Z軸坐標(biāo)Z2，得到觸發(fā)式測頭軸向預(yù)行程T，
【文檔編號】B23Q17/20GK103659467SQ201310576660
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】高峰, 趙柏涵, 李艷, 全杜峰 申請人:西安理工大學(xué)