專利名稱：數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)控銑床的誤差測(cè)量、評(píng)價(jià)及補(bǔ)償領(lǐng)域。 技術(shù)背景數(shù)控銑床作為新一代工作母機(jī)，在機(jī)械制造中已得到廣泛的應(yīng)用，精 密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高，對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度也 提出了更高的要求。定位精度(也稱位置精度)是數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)重要指 標(biāo)，各數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家在機(jī)床出廠時(shí)，都需要對(duì)其位置精度進(jìn)行標(biāo)定； 同時(shí)，用戶在選購(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí)，往往也十分看重機(jī)床的定位精度，特別是 各軸的定位精度和重復(fù)定位精度。大量統(tǒng)計(jì)資料表明65.7%以上的新機(jī)床， 安裝時(shí)都不符合其技術(shù)指標(biāo)；90%使用中的數(shù)控機(jī)床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài)。因 此,對(duì)機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行定期測(cè)試是非常必要的，以 便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，提高零件加工精度?，F(xiàn)有商品化數(shù)控系統(tǒng)都具有螺距誤差補(bǔ)償功能，通常在數(shù)控機(jī)床出廠 時(shí)，需要對(duì)其精度進(jìn)行測(cè)量，并在數(shù)控系統(tǒng)中輸入螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)。機(jī) 床用戶在使用一段時(shí)間后，機(jī)床精度會(huì)裂化，有必要對(duì)機(jī)床進(jìn)行重新校正。 當(dāng)前，誤差檢測(cè)、評(píng)價(jià)及補(bǔ)償是機(jī)電聯(lián)調(diào)工作中重要的一環(huán)，它是制約機(jī) 床大批量生產(chǎn)的一個(gè)原因之一。因此，尋求一種簡(jiǎn)單、快速和低成本的誤 差檢測(cè)、評(píng)價(jià)及補(bǔ)償裝置和方法，尤為必要，特別是對(duì)于大量生產(chǎn)和消費(fèi) 的中、低檔數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，軟件補(bǔ)償方法廉價(jià)，不需要添加硬件，因此它 具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。而現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床誤差測(cè)量方法主要有激光干涉儀，步距規(guī)與千分 表組合以及光柵尺，這些方法存在一定的局限性，其中激光干涉儀操作復(fù) 雜、效率低、成本高及使用環(huán)境要求高；步距規(guī)與千分表組合方法，其中 重要的問(wèn)題，大部分工作需要人的參與，如數(shù)據(jù)需要人來(lái)讀取和處理，這樣大大提高出錯(cuò)的可能性，同時(shí)效率低；光柵尺，安裝不便，現(xiàn)有的類似 的測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有考慮補(bǔ)償，如海德漢(Heidenhain)直線光柵誤差測(cè)量系統(tǒng)。 目前，銑床誤差測(cè)量主要采用激光干涉儀，它存在前面所述的缺點(diǎn)。從現(xiàn) 有專利來(lái)看，如申請(qǐng)?zhí)?00510035936，
公開(kāi)日2007.01.10，公開(kāi)號(hào) CN1892175，實(shí)用新型創(chuàng)造名稱為"三坐標(biāo)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)及方法"的專利申請(qǐng) 文件公布的技術(shù)方案為利用激光鐳射干涉儀等高精度測(cè)量?jī)x器測(cè)量三坐 標(biāo)機(jī)床的誤差，建立誤差模型，利用獨(dú)立的誤差模塊，根據(jù)輸入的坐標(biāo)值， 由誤差模型計(jì)算誤差，輸出補(bǔ)償后的實(shí)際坐標(biāo)值。因?yàn)樾枰謩?dòng)輸入坐標(biāo) 值，因此其補(bǔ)償不方便。申請(qǐng)?zhí)?00410093428.1，
公開(kāi)日2005.06.29，公開(kāi) 號(hào)CN1631614，實(shí)用新型創(chuàng)造名稱為"基于機(jī)床外部坐標(biāo)系偏置的數(shù)控機(jī)床 誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償器"的專利申請(qǐng)文件公布的補(bǔ)償器在補(bǔ)償時(shí)需要與數(shù)控系統(tǒng) 的底層硬件連接，同時(shí)在實(shí)時(shí)輸出補(bǔ)償誤差時(shí)，需與數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制 同步，因此應(yīng)用不方便。申請(qǐng)?zhí)枮?2204762.6，
公開(kāi)日1992.09.09，公開(kāi)號(hào) CN2115516，實(shí)用新型創(chuàng)造名稱為"T型機(jī)床誤差檢具"的專利申請(qǐng)文件公布 的誤差檢具在安裝測(cè)量過(guò)程中非常復(fù)雜。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提高數(shù)控銑床誤差測(cè)量的效率，降低誤差測(cè)量成本。—種數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置包括杠桿式電感測(cè)歩距規(guī)、杠桿式電 感測(cè)位儀、夾持機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集與處理器；杠桿式電感測(cè)位儀的測(cè)頭與步 距規(guī)的測(cè)量基準(zhǔn)面接觸，杠桿式電感測(cè)位儀的夾持端與夾持機(jī)構(gòu)的夾持端 相連接；杠桿式電感測(cè)位儀與數(shù)據(jù)采集與處理器相連接，用于向數(shù)據(jù)采集 與處理器傳輸位移信號(hào)。所述步距規(guī)放置在夾具上，夾具包括兩兩垂直相交的底面、正面和側(cè) 面，側(cè)面內(nèi)部放置有磁體。所述數(shù)據(jù)采集與處理器包括參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)；G代碼生成模塊用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊的參數(shù)數(shù)據(jù)，生成數(shù)控機(jī) 床運(yùn)動(dòng)指令；測(cè)量裝置校正模塊用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊的參數(shù)數(shù)據(jù)、來(lái)自杠桿 式電感測(cè)位儀的位移信號(hào)、手動(dòng)輸入的杠桿式電感測(cè)位儀的實(shí)際位移和步 距規(guī)點(diǎn)位置之間的實(shí)際間距，計(jì)算得到測(cè)量裝置誤差數(shù)據(jù)，將其傳送給誤 差測(cè)量模塊；位姿測(cè)量模塊用于接收來(lái)自杠桿式電感測(cè)位儀的位移信號(hào)和手動(dòng)輸入 的機(jī)床指令移動(dòng)距離，根據(jù)位移信號(hào)獲取位移數(shù)據(jù)，利用位移數(shù)據(jù)和機(jī)床 指令移動(dòng)距離計(jì)算步距規(guī)相對(duì)被測(cè)量軸的位姿數(shù)據(jù)，將位姿數(shù)據(jù)傳送給誤 差測(cè)量模塊；誤差測(cè)量模塊用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊的參數(shù)數(shù)據(jù)、來(lái)自杠桿式電 感測(cè)位儀的位移信號(hào)、來(lái)自測(cè)量裝置校正模塊的測(cè)量裝置誤差數(shù)據(jù)和來(lái)自 位姿測(cè)量模塊的位姿數(shù)據(jù)，根據(jù)位移信號(hào)獲取位移數(shù)據(jù)，判斷機(jī)床的運(yùn)、 停狀態(tài)，利用測(cè)量裝置誤差數(shù)據(jù)和位姿數(shù)據(jù)修正位移數(shù)據(jù)，對(duì)修正后的位 移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理形成誤差數(shù)據(jù)，將誤差數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)拼接模塊；數(shù)據(jù)拼接模塊用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊的參數(shù)數(shù)據(jù)和來(lái)自誤差測(cè)量 模塊的誤差數(shù)據(jù)，生成整個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)行程的誤差數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)采集與處理器還包括誤差補(bǔ)償模塊，其用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè) 置模塊的參數(shù)數(shù)據(jù)和來(lái)自數(shù)據(jù)拼接模塊的誤差數(shù)據(jù)，對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 生成相應(yīng)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)采集與處理器還包括精度評(píng)價(jià)模塊，其用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè) 置模塊的參數(shù)數(shù)據(jù)和誤差拼接模塊的誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)誤差 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到評(píng)價(jià)結(jié)果。所述夾持機(jī)構(gòu)采用磁力表座。本實(shí)用新型提出使用不需調(diào)整測(cè)量裝置位姿的測(cè)量方法，利用測(cè)量裝 置本身的測(cè)量功能，對(duì)測(cè)量裝置本身的位姿進(jìn)行快速測(cè)量，在誤差測(cè)量的 過(guò)程中，根據(jù)測(cè)量獲得的位姿數(shù)據(jù)，直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，達(dá)到快速 和準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)控銑床誤差的目的。針對(duì)測(cè)量裝置在制成后，本身存在制造誤差和非線性引起的誤差，同時(shí)使用后，會(huì)出現(xiàn)精度的裂化，特設(shè)計(jì)了測(cè) 量裝置校正模塊，把相關(guān)裝置的在不同位置的實(shí)際位移數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，在 以后的測(cè)量過(guò)程中，系統(tǒng)可以自動(dòng)修正由于測(cè)量裝置誤差引起的誤差，提高測(cè)量精度；本實(shí)用新型可用來(lái)測(cè)量大行程機(jī)床的誤差，即較短長(zhǎng)度的步 距規(guī)也可測(cè)量大行程的機(jī)床，這樣降低了測(cè)量裝置的成本。數(shù)據(jù)采集與處 理器自動(dòng)生成G代碼以及自動(dòng)處理測(cè)量數(shù)據(jù)生成相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)所需的補(bǔ)償 數(shù)據(jù)，將其傳送給CNC，實(shí)現(xiàn)快速的誤差補(bǔ)償，同時(shí)通過(guò)對(duì)誤差數(shù)據(jù)的處 理，快速獲得用戶所需的精度指標(biāo)和誤差分布。本實(shí)用新型使用環(huán)境要求 不高，能應(yīng)用于加工企業(yè)對(duì)使用中機(jī)床的精度檢測(cè)和精度強(qiáng)化，最終提高 加工精度。


圖l為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)功能模塊圖； 圖3為本實(shí)用新型測(cè)量裝置自調(diào)整原理圖，其中，圖3a為步距規(guī)主視 圖，圖3b為步距規(guī)俯視圖；圖4為本實(shí)用新型的接力測(cè)量原理圖； 圖5為本實(shí)用新型測(cè)量Z軸示意圖； 圖6為本實(shí)用新型測(cè)量Z軸夾具圖； 圖7為本實(shí)用新型參數(shù)設(shè)置流程圖； 圖8為本實(shí)用新型G代碼生成流程圖； 圖9為本實(shí)用新型測(cè)量裝置校正流程圖； 圖IO為本實(shí)用新型步距規(guī)位姿測(cè)量流程圖； 圖11為本實(shí)用新型誤差測(cè)量流程圖； 圖12為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)拼接流程圖； 圖13為本實(shí)用新型精度評(píng)價(jià)流程圖；圖14為本實(shí)用新型誤差補(bǔ)償流程圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型主要應(yīng)用在數(shù)控銑床上。圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)包括步距規(guī)l、杠桿式電感測(cè)位儀2、夾持機(jī)構(gòu)3、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) 6。其中步距規(guī)1放置在機(jī)床4工作臺(tái)上，夾持機(jī)構(gòu)3的夾持端與杠桿式電 感測(cè)位儀2的夾持桿緊密相連，夾持機(jī)構(gòu)3的另一端吸附在機(jī)床4的主軸 箱上，起到固定杠桿式電感測(cè)位儀2的作用，杠桿式電感測(cè)位儀2與步距 規(guī)1測(cè)量基準(zhǔn)面接觸。杠桿式電感測(cè)位儀2與數(shù)據(jù)采集與處理器6連接， 用于向數(shù)據(jù)采集與處理6傳輸位移信號(hào)。數(shù)據(jù)采集與處理器自動(dòng)生成的數(shù) 控機(jī)床運(yùn)動(dòng)指令程序(G代碼文件)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并由網(wǎng)絡(luò)或串口通訊程 序傳輸給CNC (數(shù)控機(jī)床)5 。本實(shí)用新型采用傳統(tǒng)的步距規(guī)1與杠桿式電感測(cè)位儀2的組合作為測(cè) 量裝置，其測(cè)量原理與步距規(guī)1和百分表組合的測(cè)量原理一樣?，F(xiàn)在高精 度步距規(guī)的材料是大理石，它具有精度高，熱膨脹系數(shù)小，因此精度高。 杠桿式電感測(cè)位儀3，選擇量程小，如200um，其精度高達(dá)lum左右，而 機(jī)械式的千分表精度達(dá)到6rnn左右。本實(shí)用新型采用杠桿式電感式測(cè)位儀 2，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高測(cè)量效率和數(shù)據(jù)處理的方便性。本實(shí)用新型中的 夾持機(jī)構(gòu)3采用磁力表座。在測(cè)量銑床Z軸時(shí)，需要夾具7夾具安放在工作臺(tái)上，步距規(guī)豎立， 其定位面與夾具7的定位面接觸，保證步距規(guī)定位面與機(jī)床Z軸的平行。如圖2所示，數(shù)據(jù)采集與處理器6包括八個(gè)模塊參數(shù)設(shè)置模塊61、 G代碼生成模塊62、測(cè)量裝置校正模塊63、位姿測(cè)量模塊64、誤差測(cè)量模 塊65、數(shù)據(jù)拼接模塊66、精度評(píng)價(jià)模塊67和誤差補(bǔ)償模塊68。參數(shù)設(shè)置模塊61主要完成對(duì)測(cè)量和補(bǔ)償相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，包括數(shù)控系 統(tǒng)類型、測(cè)量點(diǎn)數(shù)、間距、測(cè)量軸、回零方向等參數(shù)，生成參數(shù)數(shù)據(jù)，并 向G代碼生成模塊62、測(cè)量裝置校正模塊63、誤差測(cè)量模塊65、數(shù)據(jù)拼 接模塊66、精度評(píng)價(jià)模塊67及誤差補(bǔ)償模塊68提供參數(shù)數(shù)據(jù)。G代碼生成模塊62，接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊61的參數(shù)數(shù)據(jù)，提取參數(shù) 數(shù)據(jù)中的測(cè)量點(diǎn)數(shù)、間距、測(cè)量軸、回零方向、暫停時(shí)間等參數(shù)，生成數(shù) 控機(jī)床運(yùn)動(dòng)指令，即G代碼。測(cè)量裝置校正模塊63用于計(jì)算得到測(cè)量裝置誤差數(shù)據(jù)，將其傳送給誤8差測(cè)量模塊65。測(cè)量裝置誤差數(shù)據(jù)包括杠桿式電感測(cè)位儀2裝置誤差數(shù)據(jù) 和步距規(guī)1裝置誤差數(shù)據(jù)。獲取杠桿式電感測(cè)位儀2裝置誤差數(shù)據(jù)的方法 為-測(cè)量裝置校正模塊63采集杠桿式電感測(cè)位儀2的位移信號(hào)，根據(jù)位移 信號(hào)獲得信號(hào)位移值；向測(cè)量裝置校正模塊63手動(dòng)輸入杠桿式電感測(cè)位儀 2的實(shí)際位移值，實(shí)際位移值與信號(hào)位移值相對(duì)應(yīng)，實(shí)際位移值由激光干涉 儀等高精度儀器來(lái)測(cè)取，標(biāo)定的范圍要覆蓋整個(gè)測(cè)量量程，這個(gè)過(guò)程最好 與機(jī)床配合完成；測(cè)量裝置校正模塊63根據(jù)信號(hào)位移值和實(shí)際位移值計(jì)算 得到杠桿式電感測(cè)位儀2裝置誤差數(shù)據(jù)。獲取步距規(guī)1裝置誤差數(shù)據(jù)的方 法為向測(cè)量裝置校正模塊63手動(dòng)輸入步距規(guī)點(diǎn)位置之間的實(shí)際間距值， 實(shí)際間距值是利用激光干涉儀等高精度儀器標(biāo)定得到的；測(cè)量裝置校正模 塊63根據(jù)實(shí)際間距和參數(shù)數(shù)據(jù)中的步距規(guī)點(diǎn)數(shù)、間距參數(shù)計(jì)算得到步距規(guī) 5裝置誤差數(shù)據(jù)。位姿測(cè)量模塊64計(jì)算步距規(guī)1基準(zhǔn)與被測(cè)量軸之間的角度關(guān)系，即步 距規(guī)1相對(duì)被測(cè)量軸的位姿數(shù)據(jù)，并傳送給誤差測(cè)量模塊65。誤差測(cè)量模塊65在機(jī)床運(yùn)行的同時(shí)采集杠桿式電感測(cè)位儀2的位移信 號(hào)，根據(jù)位移信號(hào)獲得位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)判斷機(jī)床的運(yùn)、停狀態(tài)， 根據(jù)來(lái)自測(cè)量裝置校正模塊63的裝置誤差數(shù)據(jù)和來(lái)自位姿測(cè)量模塊64的 位姿數(shù)據(jù)修正位移數(shù)據(jù)，對(duì)修正后的位移數(shù)進(jìn)行處理，形成誤差數(shù)據(jù)，并 將誤差數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)拼接模塊66。數(shù)據(jù)拼接模塊66處理來(lái)自誤差測(cè)量模塊65的誤差數(shù)據(jù)，按照接力測(cè) 量原理生成整個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)行程的誤差數(shù)據(jù)，將誤差數(shù)據(jù)傳送給精度評(píng)價(jià)模 塊67和誤差補(bǔ)償模塊68。精度評(píng)價(jià)模塊67接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊61的參數(shù)數(shù)據(jù)和誤差拼接模 塊66的誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到并 輸出評(píng)價(jià)結(jié)果，即反向間隙、定位精度、重復(fù)定位精度和誤差分布曲線， 為進(jìn)一步分析誤差源提供基礎(chǔ)。誤差補(bǔ)償模塊68接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊61的參數(shù)數(shù)據(jù)和來(lái)自數(shù)據(jù)拼 接模塊66的誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)中的數(shù)控系統(tǒng)類型參數(shù)采用雙向或單 向的誤差補(bǔ)償方式對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，將該傳送給CNC5，覆蓋數(shù)控系統(tǒng)CNC5中誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。如圖3所示，本實(shí)用新型的步距規(guī)位姿測(cè)量和誤差修正原理。如何測(cè) 量步距規(guī)基準(zhǔn)與被測(cè)軸的角度，如圖3所示，先讓測(cè)頭接觸步距規(guī)基準(zhǔn)面 上任一點(diǎn)"，使得測(cè)位儀有一定的讀數(shù)，沿被測(cè)軸移動(dòng)機(jī)床，移動(dòng)到五，并 記錄機(jī)床移動(dòng)量，移動(dòng)過(guò)程中，表頭讀數(shù)在^和^位置的相對(duì)值為^^，則 步距規(guī)基準(zhǔn)與被測(cè)軸定位夾角"=""啤(，￡)。以測(cè)量一節(jié)為例，說(shuō)明誤差修 正，如圖3所示，當(dāng)步距規(guī)基準(zhǔn)與被測(cè)軸平行時(shí)，測(cè)量頭接觸點(diǎn)^和C，當(dāng)不平行時(shí)，測(cè)量頭接觸點(diǎn)^和點(diǎn)S，這時(shí)測(cè)量獲得的誤差中包含由于步距規(guī) 與被測(cè)軸不平行引起的誤差^^-^^C7cose-JC，其中e與"為相等，當(dāng)已知此誤差，可在誤差測(cè)量時(shí)消除由于步距規(guī)與被測(cè)軸不平行對(duì)測(cè)量結(jié) 果的影響。如圖4所示，本實(shí)用新型的接力測(cè)量的應(yīng)用，當(dāng)已測(cè)量完步距規(guī)在I 位置的所有測(cè)量量程范圍內(nèi)點(diǎn)的誤差，即機(jī)床位置點(diǎn)^、 C、 D、五和F相 對(duì)于位置點(diǎn)^的誤差，然后，移動(dòng)步距規(guī)到II位置，位置點(diǎn)F點(diǎn)巧重合(考 慮機(jī)床誤差連續(xù)性，不需嚴(yán)格重合，即在一定的誤差范圍內(nèi)可滿足測(cè)量要 求)，測(cè)量其中機(jī)床位置點(diǎn)G、 //、 /、 ■/、 K相對(duì)于點(diǎn)巧的誤差，則點(diǎn)G、 ^、 /、 /、《相對(duì)于點(diǎn)J的誤差為步距規(guī)在第II位置時(shí)測(cè)量的機(jī)床位置點(diǎn) 的誤差分別加上在第I位置時(shí)機(jī)床位置點(diǎn)F的誤差，同理，可以接力多次，測(cè)量機(jī)床整個(gè)行程的誤差。圖5是本實(shí)用新型測(cè)量立式銑床Z軸示意圖，步距規(guī)吸附在一個(gè)簡(jiǎn)單 的夾具上，夾具7放置在工作臺(tái)上，夾持機(jī)構(gòu)3吸附在主軸箱上，移動(dòng)機(jī) 床依次測(cè)量整個(gè)行程，而測(cè)量X、 Y軸時(shí)，不需夾具，直接把步距規(guī)放置 在機(jī)床4的工作臺(tái)上即可測(cè)量。圖6是本實(shí)用新型測(cè)量Z軸夾具圖，步距規(guī)1豎立放置在夾具7底面 上，它與底面的上表面接觸，底板的下表面與機(jī)床工作臺(tái)接觸，在底面一 側(cè)有一L型的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)包括一個(gè)正面和一個(gè)與正面垂直的側(cè)面，兩面 的交線與底板的下表面垂直，保證了步距規(guī)與Z軸平行。在L型結(jié)構(gòu)的側(cè) 面內(nèi)部鑲有磁體，保證了步距規(guī)與側(cè)面的緊密接觸，不需附加夾緊裝置。 在接力測(cè)量時(shí)，可以在步距規(guī)1與夾具7的底板之間加入墊塊，達(dá)到測(cè)量整個(gè)行程的目的。
圖7是本實(shí)用新型的參數(shù)設(shè)置流程圖，設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)類型(可選擇的 系統(tǒng)包括華中數(shù)控、廣州數(shù)控、西門子、法拉克和馬扎克等)、測(cè)量點(diǎn)數(shù)、 測(cè)量點(diǎn)之間的間距、測(cè)量軸、回零方向、循環(huán)次數(shù)及暫停時(shí)間等參數(shù)，其 中若不需生成G代碼，不需設(shè)置回零方向、循環(huán)次數(shù)及暫停時(shí)間參數(shù)，保 存參數(shù)數(shù)據(jù)，為其它模塊提供參數(shù)數(shù)據(jù)。
圖8是本實(shí)用新型自動(dòng)生成G代碼流程圖，接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊41 生成的參數(shù)數(shù)據(jù)，提取其中的測(cè)量點(diǎn)數(shù)、測(cè)量間距、回零方向、測(cè)量循環(huán) 次數(shù)、暫停時(shí)間及測(cè)量軸等參數(shù)，自動(dòng)生成G代碼文件，與CNC5的串口 或網(wǎng)絡(luò)通訊程序配合，可把此文件直接傳輸?shù)紺NC5中的任意位置。
圖9是本實(shí)用新型測(cè)量裝置校正流程圖。標(biāo)定步距規(guī)1時(shí)，提取步距 規(guī)1的間距和點(diǎn)數(shù)等參數(shù)，手動(dòng)方式輸入此對(duì)應(yīng)步距規(guī)1位置的由激光干 涉儀等高精度儀器標(biāo)定的實(shí)際值，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算在此位置時(shí)步距規(guī)1裝置 誤差數(shù)據(jù)；標(biāo)定杠桿式電感測(cè)位儀2時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)采集杠桿式電感測(cè)位儀2 的位移信號(hào)，獲得其信號(hào)位移值，同時(shí)用高精度儀器(如激光干涉儀)測(cè) 量實(shí)際位移值，把此值手動(dòng)輸入測(cè)量裝置校正模塊63的數(shù)據(jù)輸入接口。系 統(tǒng)根據(jù)信號(hào)位移值和實(shí)際位移值計(jì)算得到杠桿式電感測(cè)位儀2裝置誤差數(shù) 據(jù)
如圖10所示，本實(shí)用新型位姿測(cè)量流程圖。步距規(guī)基準(zhǔn)與被測(cè)量軸夾 角測(cè)量，在此過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)判斷測(cè)量過(guò)程的開(kāi)始和結(jié)束，通過(guò)等時(shí)采 樣，確定采集的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的機(jī)床指令移動(dòng)位置，為最小二乘的方法求其夾 角提供數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)用于誤差測(cè)量模塊65對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)修正。
如圖11所示，本實(shí)用新型誤差測(cè)量流程圖。為了使得軟件系統(tǒng)能適合 不同測(cè)量方式，軟件系統(tǒng)提供誤差數(shù)據(jù)手動(dòng)輸入接口，可接受來(lái)自其他測(cè) 量方式(如激光干涉儀、光柵尺)條件下測(cè)量獲得的機(jī)床誤差數(shù)據(jù)，為精 度評(píng)價(jià)模塊67和誤差補(bǔ)償模塊68提供誤差數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)量方式為步距規(guī)5 方式時(shí)，數(shù)據(jù)采集與機(jī)床需要保持協(xié)調(diào)，即測(cè)量的誤差數(shù)據(jù)與指令位置相 對(duì)應(yīng)，而誤差測(cè)量模塊65與機(jī)床之間沒(méi)有通訊，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與機(jī)床 協(xié)調(diào)，系統(tǒng)通過(guò)采集杠桿式電感測(cè)位儀2的位移信號(hào)，根據(jù)其變化，自動(dòng)判斷機(jī)床的靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄杠桿
式電感測(cè)位儀2的位移數(shù)據(jù)。重復(fù)這個(gè)采集和判斷過(guò)程，當(dāng)采集的點(diǎn)數(shù)達(dá) 到參數(shù)設(shè)置的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)來(lái)自測(cè)量裝置校正模塊63的裝置誤差數(shù)據(jù)和位姿 測(cè)量模塊64的位姿數(shù)據(jù)修正位移數(shù)據(jù)，對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成誤差數(shù) 據(jù)，并保存誤差數(shù)據(jù)。
圖12是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)拼接流程圖，選擇由誤差測(cè)量模塊65生成的 誤差數(shù)據(jù)，按接力測(cè)量時(shí)，按照機(jī)床位置先后選取誤差數(shù)據(jù)，在拼接時(shí)也 要按這個(gè)順序進(jìn)行拼接，修改參數(shù)中測(cè)量點(diǎn)數(shù)和間距參數(shù)，根據(jù)接力測(cè)量 的原理處理數(shù)據(jù)，最終獲得整個(gè)行程的誤差數(shù)據(jù)，為后面的精度評(píng)價(jià)67、 誤差補(bǔ)償?shù)饶K68提供數(shù)據(jù)。
圖13是本實(shí)用新型精度評(píng)價(jià)流程圖，選定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有ISO 標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)、日本標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)不同，評(píng)價(jià)的處理的算法也 不同。然后，選擇誤差拼接模塊66獲得的誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)選定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)誤 差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出評(píng)價(jià)結(jié)果，輸出的評(píng)價(jià)指標(biāo)有反向間隙、定位精度 和重復(fù)定位精度。另外，為了更好地了解誤差分布和誤差源，同時(shí)輸出反 向間隙曲線、誤差曲線和誤差的重復(fù)性曲線。
圖14所示，本實(shí)用新型誤差補(bǔ)償流程圖，首先選擇誤差補(bǔ)償?shù)姆绞剑?誤差補(bǔ)償?shù)姆绞接袉蜗蚝碗p向。然后選取數(shù)據(jù)拼接模塊66生成的誤差數(shù)據(jù)， 根據(jù)參數(shù)設(shè)置模塊61生成的參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)數(shù) 控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，與CNC5的串口或網(wǎng)絡(luò)通訊程序配合，把此數(shù)據(jù) 直接傳輸?shù)紺NC5中，覆蓋數(shù)控系統(tǒng)中的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，即可快速實(shí)現(xiàn)誤 差補(bǔ)償。
權(quán)利要求1、一種數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于，包括杠桿式電感測(cè)步距規(guī)(1)、杠桿式電感測(cè)位儀(2)、夾持機(jī)構(gòu)(3)和數(shù)據(jù)采集與處理器(6)；杠桿式電感測(cè)位儀(2)的測(cè)頭與步距規(guī)(1)的測(cè)量基準(zhǔn)面接觸，杠桿式電感測(cè)位儀(2)的夾持端與夾持機(jī)構(gòu)(3)的夾持端相連接；杠桿式電感測(cè)位儀(2)與數(shù)據(jù)采集與處理器(6)相連接，用于向數(shù)據(jù)采集與處理器(6)傳輸位移信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于， 所述步距規(guī)(1)放置在夾具(7)上，夾具(7)包括兩兩垂直相交的底面、 正面和側(cè)面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于， 所述側(cè)面內(nèi)部放置有磁體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集與處理器(6)包括參數(shù)設(shè)置模塊(61)用于設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)；G代碼生成模塊(62)用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊(61)的參數(shù)數(shù)據(jù)， 生成數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)指令；測(cè)量裝置校正模塊(63)用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊(61)的參數(shù)數(shù) 據(jù)、來(lái)自杠桿式電感測(cè)位儀(2)的位移信號(hào)、手動(dòng)輸入的杠桿式電感測(cè)位 儀(2)的實(shí)際位移和步距規(guī)(1)點(diǎn)位置之間的實(shí)際間距，計(jì)算得到測(cè)量 裝置誤差數(shù)據(jù)，將其傳送給誤差測(cè)量模塊(65);位姿測(cè)量模塊(64)用于接收來(lái)自杠桿式電感測(cè)位儀(2)的位移信號(hào) 和手動(dòng)輸入的機(jī)床指令移動(dòng)距離，根據(jù)位移信號(hào)獲取位移數(shù)據(jù)，利用位移 數(shù)據(jù)和機(jī)床指令移動(dòng)距離計(jì)算步距規(guī)(1)相對(duì)被測(cè)量軸的位姿數(shù)據(jù)，將位 姿數(shù)據(jù)傳送給誤差測(cè)量模塊(65);誤差測(cè)量模塊(65)用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊(61)的參數(shù)數(shù)據(jù)、 來(lái)自杠桿式電感測(cè)位儀(2)的位移信號(hào)、來(lái)自測(cè)量裝置校正模塊(63)的測(cè)量裝置誤差數(shù)據(jù)和來(lái)自位姿測(cè)量模塊(64)的位姿數(shù)據(jù)，根據(jù)位移信號(hào) 獲取位移數(shù)據(jù)，判斷機(jī)床的運(yùn)、停狀態(tài)，利用測(cè)量裝置誤差數(shù)據(jù)和位姿數(shù) 據(jù)修正位移數(shù)據(jù)，對(duì)修正后的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理形成誤差數(shù)據(jù)，將誤差數(shù) 據(jù)傳送給數(shù)據(jù)拼接模塊(66);數(shù)據(jù)拼接模塊(66)用于接收來(lái)自參數(shù)設(shè)置模塊(61)的參數(shù)數(shù)據(jù)和 來(lái)自誤差測(cè)量模塊(65)的誤差數(shù)據(jù)，生成整個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)行程的誤差數(shù)據(jù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集與處理器(6)還包括誤差補(bǔ)償模塊(68),其用于接收來(lái)自 參數(shù)設(shè)置模塊(61)的參數(shù)數(shù)據(jù)和來(lái)自數(shù)據(jù)拼接模塊(66)的誤差數(shù)據(jù)， 對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成相應(yīng)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集與處理器(6)還包括精度評(píng)價(jià)模塊(67)，其用于接收來(lái)自 參數(shù)設(shè)置模塊(61)的參數(shù)數(shù)據(jù)和誤差拼接模塊(66)的誤差數(shù)據(jù)，根據(jù) 預(yù)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到評(píng)價(jià)結(jié)果。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置， 其特征在于，所述夾持機(jī)構(gòu)(3)采用磁力表座。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種數(shù)控銑床誤差自動(dòng)測(cè)量裝置，包括杠桿式電感測(cè)步距規(guī)、杠桿式電感測(cè)位儀、夾持機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集與處理器；杠桿式電感測(cè)位儀的測(cè)頭與步距規(guī)的測(cè)量基準(zhǔn)面接觸，杠桿式電感測(cè)位儀的夾持端與夾持機(jī)構(gòu)的夾持端相連接；杠桿式電感測(cè)位儀與數(shù)據(jù)采集與處理器相連接，用于向數(shù)據(jù)采集與處理器傳輸位移信號(hào)。本實(shí)用新型提高數(shù)控銑床誤差測(cè)量的效率，降低誤差測(cè)量、評(píng)價(jià)及補(bǔ)償操作的復(fù)雜性和誤差測(cè)量成本。
文檔編號(hào)G01M99/00GK201166611SQ20072008890
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者劉紅奇, 唐小琦, 斌 李, 毛新勇, 陳吉紅 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)