一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置和方法，裝置包括位移檢測(cè)單元、激光束校準(zhǔn)單元和激光束入射角控制單元，其特征在于，所述位移檢測(cè)單元包括激光位移傳感器與傳感器控制器；所述激光位移傳感器安裝在所述激光束校準(zhǔn)單元上，并與所述傳感器控制器相連接；所述激光束校準(zhǔn)單元安裝在激光束入射角控制單元上，并由所述激光束入射角控制單元帶動(dòng)所述激光位移傳感器做指定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。方法包括在測(cè)量曲線輪廓時(shí)，激光束入射角控制單元控制激光束轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的回轉(zhuǎn)角度，使激光束沿工件廓形法線方向進(jìn)行入射。本發(fā)明減少工件在機(jī)床上安裝與拆卸環(huán)節(jié)，提高測(cè)量精度，從而提高加工效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工與精密測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于某些形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)式曲線輪廓零件，如天線罩，若其內(nèi)外輪廓及壁厚等幾何量要求較高，為了盡量減少?gòu)U品，通常采取精加工后預(yù)留一定的余量，利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，圓度儀等精密儀器進(jìn)行離線測(cè)量，然后進(jìn)行評(píng)判。若超差則再次將工件安裝到機(jī)床上進(jìn)行加工，以進(jìn)一步提高工件的加工精度。因此，工件在測(cè)量工位和修磨工位之間需要進(jìn)行多次安裝與調(diào)試，中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，不僅操作麻煩，效率低下，而且工件重復(fù)安裝會(huì)引入多次安裝的定位誤差，將進(jìn)一步影響工件的加工與測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置及方法，減少工件在機(jī)床上安裝與拆卸環(huán)節(jié)，以提高測(cè)量精度，從而提高加工效率。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:提供一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置，包括位移檢測(cè)單元、激光束校準(zhǔn)單元和激光束入射角控制單元，所述位移檢測(cè)單元包括激光位移傳感器與傳感器控制器；所述激光位移傳感器安裝在所述激光束校準(zhǔn)單元上，并與所述傳感器控制器相連接；所述激光束校準(zhǔn)單元安裝在激光束入射角控制單元上，并由所述激光束入射角控制單元帶動(dòng)所述激光位移傳感器做指定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0005]所述激光束入射角控制單元包括基板、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)安裝架和聯(lián)接軸；所述基板上安裝有所述電機(jī)安裝架，所述電機(jī)安裝架上設(shè)有深溝球軸承，所述步進(jìn)電機(jī)安裝在電機(jī)安裝架上，并且與所述深溝球軸承進(jìn)行配合；所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過(guò)鍵與聯(lián)接軸的一端相連，所述聯(lián)接軸的另一端與所述激光束校準(zhǔn)單元相連。
[0006]所述基板安裝在機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)上。
[0007]所述激光束校準(zhǔn)單元包括偏轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕、用于安裝激光位移傳感器的上安裝板、俯仰調(diào)整旋鈕和下安裝板；所述上安裝板和所述下安裝板之間安裝鋼珠和圓柱體，所述上安裝板和下安裝板之間聯(lián)接彈簧進(jìn)行預(yù)緊；所述偏轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕用于帶動(dòng)所述上安裝板繞所述圓柱體偏轉(zhuǎn)；所述俯仰調(diào)整旋鈕用于帶動(dòng)所述上安裝板繞鋼珠旋轉(zhuǎn)。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:還提供一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量方法，其特征在于，使用上述的在機(jī)測(cè)量裝置，包括以下步驟:
[0009](I)建立工件坐標(biāo)系，并計(jì)算激光位移傳感器所要測(cè)量的坐標(biāo)值和激光束入射角控制單元的回轉(zhuǎn)角度；
[0010](2)根據(jù)計(jì)算得到的坐標(biāo)值，控制機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)激光位移傳感器運(yùn)動(dòng)到工件附近；
[0011](3)根據(jù)計(jì)算得到的回轉(zhuǎn)角度，發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)激光束入射角控制單元帶動(dòng)激光位移傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，從而使激光位移傳感器的激光束對(duì)準(zhǔn)工件的第一廓形法線方向，保證測(cè)量時(shí)激光位移傳感器按第一廓形法線方向進(jìn)行測(cè)量；
[0012](4)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；
[0013](5)激光束入射角控制單元驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使激光位移傳感器的激光束對(duì)準(zhǔn)工件的第二廓形法線方向，保證測(cè)量時(shí)激光束沿工件的第二廓形法線方向進(jìn)行測(cè)量；
[0014](6)對(duì)工件進(jìn)行修磨；
[0015](7)修磨完畢后，使用步驟(3)-步驟(5)再進(jìn)行一次測(cè)量；
[0016](8)將工件修磨前后兩次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得到工件的實(shí)際修磨量。
[0017]有益效果
[0018]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:本發(fā)明可方便地在機(jī)床上安裝，解決了在不拆卸工件的情況下，進(jìn)行工件幾何量的在機(jī)檢測(cè)，減少了重復(fù)安裝帶來(lái)的定位誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，大大提高了工件的加工精度和效率，同時(shí)降低了加工成本。同時(shí)本發(fā)明采用了專(zhuān)用的激光束校準(zhǔn)單元，以便于激光束的校準(zhǔn)，還采用了專(zhuān)用的激光束入射角控制單元，使得激光位移傳感器發(fā)出的激光束與待測(cè)曲線輪廓的法線方向一致，使得內(nèi)外輪廓壁厚檢測(cè)更直接，準(zhǔn)確度更高。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明中激光束入射角控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明中激光束校準(zhǔn)調(diào)整單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是沿圖3中A-A線的剖面圖；
[0023]圖5是本發(fā)明測(cè)量一種回轉(zhuǎn)式曲線輪廓的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0025]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置，如圖1所示，包括位移檢測(cè)單元、激光束校準(zhǔn)單元2、激光束入射角控制單元I和控制軟件模塊。
[0026]如圖2所示，激光束入射角控制單元I由基板11、步進(jìn)電機(jī)12、電機(jī)安裝架13、深溝球軸承14、鍵15和聯(lián)接軸16組成。步進(jìn)電機(jī)12通過(guò)螺釘安裝在電機(jī)安裝架13上，且和電機(jī)安裝架13上的深溝球軸承14進(jìn)行配合，聯(lián)接軸16通過(guò)鍵15與步進(jìn)電機(jī)12的輸出軸連接，電機(jī)安裝架13通過(guò)螺釘安裝到基板11上。
[0027]如圖3和圖4所示，激光束校準(zhǔn)單元2包括偏轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕21、鋼珠22、彈簧23、上安裝板24、圓柱體25、俯仰調(diào)整旋鈕26和下安裝板27組成。在上安裝板24和下安裝板27之間安裝鋼珠22和圓柱體25，上安裝板24和下安裝板27之間聯(lián)接彈簧23進(jìn)行預(yù)緊。
[0028]位移檢測(cè)單元由激光位移傳感器3與傳感器控制器組成。激光位移傳感器3采用公知技術(shù)，即激光發(fā)射器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向被測(cè)物體表面，經(jīng)物體反射的激光光束在接收元件的位置通過(guò)模擬和數(shù)字電路處理，并通過(guò)微處理器分析，計(jì)算出傳感器和被測(cè)物體之間的距離。
[0029]激光位移傳感器3安裝在激光束校準(zhǔn)單元2的上安裝板24上，并通過(guò)高頻電纜線與傳感器控制器相連接。激光束校準(zhǔn)單元2安裝在激光束入射角控制單元I的聯(lián)接軸16上，并由激光束入射角控制單元I帶動(dòng)激光位移傳感器做指定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。在機(jī)測(cè)量裝置通過(guò)基板11安裝在機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)上。
[0030]在機(jī)測(cè)量裝置在機(jī)床上安裝好后，對(duì)激光位移傳感器3的激光束進(jìn)行校準(zhǔn)。激光束校準(zhǔn)單元I通過(guò)偏轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕21帶動(dòng)上安裝板繞圓柱體25偏轉(zhuǎn)，俯仰調(diào)整旋鈕26的調(diào)整帶動(dòng)上安裝板繞鋼珠22旋轉(zhuǎn)，使激光束與工件軸線保持等高及垂直，實(shí)現(xiàn)激光束的校準(zhǔn)。
[0031]下面以外圓Φ 190mm，高度為300mm的天線罩為例，沿圓周母線進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0032]如圖5所示，以外圓Φ 190mm，高度為300mm的天線罩為例，沿圓周母線進(jìn)行測(cè)量，母線間距為20mm，則需測(cè)量15條圓周線，其測(cè)量方法包括以下步驟:
[0033]I)建立工件坐標(biāo)系，并根據(jù)天線罩的外輪廓型線，在機(jī)測(cè)量裝置的軟件模塊計(jì)算出天線罩外型面15條圓周線上測(cè)量點(diǎn)的X、Z坐標(biāo)值和法向矢量，從而確定激光位移傳感器測(cè)量每個(gè)圓周線的X、Z向坐標(biāo)值和激光束入射角控制單元的回轉(zhuǎn)角度wn。
[0034]2)根據(jù)計(jì)算好的X、Z向坐標(biāo)值，控制機(jī)床工作臺(tái)在XOZ平面運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)激光位移傳感器運(yùn)動(dòng)到天線罩的第一條圓周母線附近。
[0035]3)軟件模塊根據(jù)計(jì)算得到的回轉(zhuǎn)角度Wn,發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),帶動(dòng)聯(lián)接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，聯(lián)接軸帶動(dòng)激光位移傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，從而使激光位移傳感器激光束對(duì)準(zhǔn)天線罩外型面第一條圓周線的法向方向，保證測(cè)量時(shí)激光位移傳感器按天線罩廓形法線方向進(jìn)行測(cè)量。
[0036]4)機(jī)床的分度機(jī)構(gòu)，控制天線罩做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到該圓周的下一條母線位置，軟件模塊會(huì)根據(jù)設(shè)置好采集的點(diǎn)數(shù)和頻率等參數(shù)，開(kāi)始數(shù)據(jù)采集。并將測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。
[0037]5)測(cè)量完一個(gè)圓周后，控制機(jī)床工作臺(tái)在XOZ平面運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)激光位移傳感器運(yùn)動(dòng)到天線罩的下一條圓周線。同時(shí)激光束入射角控制單元驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度Wn，使激光位移傳感器的激光束對(duì)準(zhǔn)天線罩外型面第二條圓周線，保證測(cè)量時(shí)激光束沿天線罩廓形法線方向進(jìn)行測(cè)量。這樣逐條母線測(cè)量直至15條圓周線全部測(cè)完。
[0038]6)運(yùn)行修磨加工程序，分別對(duì)所測(cè)量的15條圓周線進(jìn)行修磨。
[0039]7)修磨完畢后，用上述方法對(duì)天線罩修磨后的15條圓周線再次進(jìn)行測(cè)量。
[0040]8)通過(guò)軟件模塊，將天線罩修磨前后兩次測(cè)量的數(shù)據(jù)做適當(dāng)處理，可得到天線罩的實(shí)際修磨量。
[0041]9)軟件模塊對(duì)實(shí)際修磨量進(jìn)行評(píng)定，如果滿足修磨要求，則結(jié)束；如果不滿足修磨要求，則根據(jù)實(shí)際修磨量與理論修磨量的偏差，生成數(shù)控加工補(bǔ)償程序，再次對(duì)天線罩進(jìn)行修磨，修磨完后再次對(duì)天線罩進(jìn)行測(cè)量、評(píng)定，直至達(dá)到修磨要求，從而實(shí)現(xiàn)天線罩的精密修磨。[0042] 不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可方便地在機(jī)床上安裝，解決了在不拆卸工件的情況下，進(jìn)行工件幾何量的在機(jī)檢測(cè)，減少了重復(fù)安裝帶來(lái)的定位誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，大大提高了工件的加工精度和效率，同時(shí)降低了加工成本。同時(shí)本發(fā)明采用了專(zhuān)用的激光束校準(zhǔn)單元，以便于激光束的校準(zhǔn)，還采用了專(zhuān)用的激光束入射角控制單元，使得激光位移傳感器發(fā)出的激光束與待測(cè)曲線輪廓的法線方向一致，使得內(nèi)外輪廓壁厚檢測(cè)更直接，準(zhǔn)確度更高。
【權(quán)利要求】
1.一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置，包括位移檢測(cè)單元、激光束校準(zhǔn)單元和激光束入射角控制單元，其特征在于，所述位移檢測(cè)單元包括激光位移傳感器與傳感器控制器；所述激光位移傳感器安裝在所述激光束校準(zhǔn)單元上，并與所述傳感器控制器相連接；所述激光束校準(zhǔn)單元安裝在激光束入射角控制單元上，并由所述激光束入射角控制單元帶動(dòng)所述激光位移傳感器做指定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置，其特征在于，所述激光束入射角控制單元包括基板、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)安裝架和聯(lián)接軸；所述基板上安裝有所述電機(jī)安裝架，所述電機(jī)安裝架上設(shè)有深溝球軸承，所述步進(jìn)電機(jī)安裝在電機(jī)安裝架上，并且與所述深溝球軸承進(jìn)行配合；所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過(guò)鍵與聯(lián)接軸的一端相連，所述聯(lián)接軸的另一端與所述激光束校準(zhǔn)單元相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置，其特征在于，所述基板安裝在機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量裝置，其特征在于，所述激光束校準(zhǔn)單元包括偏轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕、用于安裝激光位移傳感器的上安裝板、俯仰調(diào)整旋鈕和下安裝板；所述上安裝板和所述下安裝板之間安裝鋼珠和圓柱體，所述上安裝板和下安裝板之間聯(lián)接彈簧進(jìn)行預(yù)緊；所述偏轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕用于帶動(dòng)所述上安裝板繞所述圓柱體偏轉(zhuǎn)；所述俯仰調(diào)整旋鈕用于帶動(dòng)所述上安裝板繞鋼珠旋轉(zhuǎn)。
5.一種用于回轉(zhuǎn)式曲線輪廓加工的在機(jī)測(cè)量方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的在機(jī)測(cè)量裝置，包括以下步驟: (1)建立工件坐標(biāo)系，并計(jì)算激光位移傳感器所要測(cè)量的坐標(biāo)值和激光束入射角控制單元的回轉(zhuǎn)角度； (2)根據(jù)計(jì)算得到的坐標(biāo)值，控制機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)激光位移傳感器運(yùn)動(dòng)到工件附近； (3)根據(jù)計(jì)算得到的回轉(zhuǎn)角度，發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)激光束入射角控制單元帶動(dòng)激光位移傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，從而使激光位移傳感器的激光束對(duì)準(zhǔn)工件的第一廓形法線方向，保證測(cè)量時(shí)激光位移傳感器按第一廓形法線方向進(jìn)行測(cè)量； (4)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)； (5)激光束入射角控制單元驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使激光位移傳感器的激光束對(duì)準(zhǔn)工件的第二廓形法線方向，保證測(cè)量時(shí)激光束沿工件的第二廓形法線方向進(jìn)行測(cè)量； (6)對(duì)工件進(jìn)行修磨； (7)修磨完畢后，使用步驟(3)-步驟(5)再進(jìn)行一次測(cè)量； (8)將工件修磨前后兩次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得到工件的實(shí)際修磨量。
【文檔編號(hào)】B23Q17/20GK103522127SQ201310511868
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】王慶霞, 楊建國(guó), 李蓓智, 毛雄忠, 丁玲龍 申請(qǐng)人:東華大學(xué)