基于在机检测的数控机床综合误差测量系统及其测量方法技术方案

一种基于在机检测的数控机床综合误差测量系统及其测量方法。系统包括数控机床、接触式测温装置、定位测量装置、计算机、温度测量装置；本发明专利技术优点：第一，对数控机床误差和加工误差做到实时在机检测，解决了数控机床误差测量繁琐、测量数据单一的问题，误差测量数据为最终误差。第二，在测量加工误差前，对数控机床误差进行测量修正，解决了在机误差测量由于数控机床误差所造成的测量误差。第三，与售价高昂的三坐标测量机、全套机床误差测量设备相比本测量系统简单、高效、经济。第四，机床误差数据与温度、数控机床运动参数相关联，加工误差数据与温度、加工参数相关联，实时记录得到更加精准的数据，为误差补偿提供了很好的依据。

CNC machine tool integrated error measuring system and measuring method based on machine detection

A CNC machine tool integrated error measuring system based on machine detection and its measuring method. The system includes CNC machine tools, contact temperature measuring device, positioning device, computer, temperature measuring device; the invention has the advantages that: first, the NC machine tool error and machining error in the machine to achieve real-time detection, solves the measurement error of CNC machine tools is tedious, measurement data of a single problem, the error measurement data for the final error. Second, before measuring the machining error, the error of NC machine tool is measured and corrected, and the measurement error caused by the error of NC machine tool in machine error measurement is solved. Third, compared with the high priced three coordinate measuring machine and a complete set of machine tool error measuring equipment, the measuring system is simple, efficient and economical. Fourth, the machine tool error data and temperature, CNC machine tool movement parameters are related, processing error data and temperature, processing parameters associated, real-time record to get more accurate data, provide a good basis for error compensation.

【技术实现步骤摘要】
基于在机检测的数控机床综合误差测量系统及其测量方法
本专利技术属于数控机床误差测量
，尤其是涉及一种基于在机检测的数控机床综合误差测量系统及其测量方法。
技术介绍
高精度制造在航天、汽车、船舶等领域有着广泛的需求，零部件高效加工及其快速精准检测是这些行业所追求的目标。目前工业中最常使用的检测装置有以下几种：三坐标测量机：由于该装置是离线测量，因此需要二次定位，所以加工基准难以保持与上次一致，从而导致检测耗时长。激光检测装置：检测过程繁琐，安装过程复杂。因此上述装置均无法满足日益增长的快速精准检测需求。在机检测系统可省去零件搬运、多次装卡的过程，减少机床的对刀误差与等待时间。目前，在机检测仅能测量加工误差，方法是首先利用数控机床进行样件加工，然后再检测加工后样件表面的一些标定点，以此来得到数控机床的加工误差数据，但这仅仅能补偿当前工件的误差。由于数控机床是一个时变非线性系统，在不同温度、加工参数下误差不同，因此无法做到精确补偿。另外，由于在机检测的测头是装卡在数控机床上的，因此数控机床的误差会影响到测量的精度，所以需要对数控机床的几何误差进行测量和补偿，对于加工误差，不仅要考虑工件的几何误差，还需要考虑数控机床的内部热源、环境温度、加工参数以及运动伺服参数。但目前尚缺少相应的装置。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于在机检测的数控机床综合误差测量系统及其测量方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的基于在机检测的数控机床综合误差测量系统包括数控机床、接触式测温装置、定位测量装置、计算机、温度测量装置；其中定位测量装置以可拆卸的方式固定在数控机床的工作台上；接触式测温装置由安装在数控机床上各个转动轴上的多个温度传感器和单片机组成；温度测量装置由设置在数控机床外侧四周的多个红外测温仪和USB传送模块组成；计算机的内部设有误差数据处理模块，分别与数控机床的控制器、接触式测温装置和温度测量装置电连接。所述的多个红外测温仪为分别设置在数控机床两侧的第一红外测温仪和第三红外测温仪以及设置在数控机床1前方的第二红外测温仪。所述的定位测量装置包括定位框架、多个标准球、多个量块支架、多个夹紧装置、多根连接杆和多个量块；其中定位框架为水平设置的矩形框架，表面的四个角部分别与一根连接杆的下端螺纹连接，每根连接杆的上端安装一个上半球面为测量面的标准球；定位框架的四条侧边表面分别安装两个量块支架，每个量块支架的上端通过夹紧装置安装一个量块；量块为长方体形结构，长度方向与其所在的定位框架的侧边长度方向一致，多个量块分别为第一至第八量块，其中第一、第二量块位于定位框架的前端侧边上，第三、第四量块位于定位框架的后端侧边上，第五、第六量块位于定位框架的左侧边上，第七、第八量块位于定位框架的右侧边上。所述的量块的外侧面中部沿长度方向设有一条外侧面轨迹线，外侧面轨迹线的中部间隔设有第一至第三测点；上表面中部沿长度方向设有一条上表面轨迹线；左、右端面中心处分别设有一个第四测点和第五测点；内侧面上设有与上述第一至第三测点相对应的第六至第八测点；量块左右端面上的测点记为DPij＝(x,y,z),i＝1,2,3,4,5,6,7,8；j＝1,2；外表面测点记为WPij＝(x,y,z),i＝1,2,3,4,5,6,7,8；j＝1,2,3……；外侧面轨迹线记为WTi,i＝1,2,3,4,5,6,7,8；上表面轨迹线记为STi,i＝1,2,3,4,5,6,7,8；内侧面测点记为NPij＝(x,y,z),i＝1,2,3,4,5,6,7,8；j＝1,2,3……；其中i表示量块的序号,j表示测点的序号。所述的第二测点位于外侧面轨迹线的中点处，第一和第三测点分别位于第二测点的两侧且与第二测点间的距离为80mm。本专利技术提供的基于在机检测的数控机床综合误差测量系统的测量方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)利用第一、第二、第三红外测温仪实时采集数控机床1上移动部件周围的温度数据，用于监测移动部件温度场的变化，然后通过USB传送模块传送给计算机；同时利用温度传感器实时采集各个转动轴的温度数据，然后通过单片机处理后传送给计算机；步骤2)将定位测量装置固定在数控机床的工作台上，并在数控机床上换装测量头，然后开始进行机床误差测量和加工误差测量；步骤3)利用测量头对第一量块、第二量块外侧面、内侧面上的测点进行测量，然后对第五量块、第六量块左右端面上的测点进行测量，并扫掠测量轨迹线，之后对第三量块、第四量块外侧面、内侧面上的测点进行测量，然后再对第七量块、第八量块左右端面上的测点进行测量，并扫掠测量轨迹线；WP11-NP11＝W；WP12-NP12＝W；WP13-NP13＝W；WP21-NP21＝W；WP22-NP22＝W；WP23-NP23＝W；DP51-DP52＝L；DP61-DP62＝L；WT5、WT6为偏离一条直线的曲线；WP31-NP31＝W；WP32-NP32＝W；WP33-NP33＝W；WP41-NP41＝W；WP42-NP42＝W；WP43-NP43＝W；DP71-DP72＝L；DP81-DP82＝L；WT7、WT8为一条曲线,在无误差时为一条直线；由上述误差数据得到数控机床上X轴的定位误差、几何误差；计算机中的误差处理模块将误差补偿数据传送给数控机床，进行X轴的定位误差、几何误差的补偿；步骤4)利用测量头对第五量块、第六量块外侧面、内侧面的测点进行测量，然后对第三量块、第四量块左右端面上的测点进行测量，并扫掠测量轨迹线，之后对第七量块、第八量块外侧面、内侧面上的测点进行测量,然后再对第一量块、第二量块左右端面上的测点进行测量，并扫掠测量轨迹线；WP51-NP51＝W；WP52-NP52＝W；WP53-NP53＝W；WP61-NP61＝W；WP62-NP62＝W；WP63-NP63＝W；DP31-DP32＝L；DP41-DP42＝L；WT3、WT4为偏离一条直线的曲线；WP71-NP71＝W；WP72-NP72＝W；WP73-NP73＝W；WP81-NP81＝W；WP82-NP82＝W；WP83-NP83＝W；DP71-DP72＝L；DP81-DP82＝L；WT1、WT2为一条曲线，在无误差时为一条直线；由上述误差数据得到数控机床上Y轴的定位误差、几何误差；计算机中的误差处理模块将误差补偿数据传送给数控机床，进行Y轴的定位误差、几何误差的补偿；步骤5)利用测量头扫掠测量第一至第八量块上表面上的轨迹线，ST1-ST8为八条曲线,在无误差时为一条直线，且轨迹点Z坐标相同，求得定位误差、几何误差，对第一量块上表面的中心测点进行测量，数控机床上Z轴的电机每次旋转36°，再进行测量，一共旋转360°，共测出10个测点并记为Pi＝(x,y,z),其中i＝1-10,表示测点序号，P1-P10在无旋转误差时应为同一坐标，在有旋转误差时，所测点的坐标应该为斜圆锥被水平面所截取的椭圆截面上的点，从而求出旋转误差；计算机中的误差处理模块将误差补偿数据传送给数控机床，进行Z轴的定位误差、几何误差的补偿、对旋转轴进行旋转误差补偿；步骤6)利用测量头对标准球上半球纬度为0°、30°、60°的圆周进行测量，每组10个测点，所测得的每组测点应该为Z坐标相同且在同一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于在机检测的数控机床综合误差测量系统，其特征在于：所述的测量系统包括数控机床(1)、接触式测温装置(2)、定位测量装置(3)、计算机(4)、温度测量装置；其中定位测量装置(3)以可拆卸的方式固定在数控机床(1)的工作台上；接触式测温装置(2)由安装在数控机床(1)上各个转动轴上的多个温度传感器和单片机组成；温度测量装置由设置在数控机床(1)外侧四周的多个红外测温仪和USB传送模块组成；计算机(4)的内部设有误差数据处理模块，分别与数控机床(1)的控制器、接触式测温装置(2)和温度测量装置电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于在机检测的数控机床综合误差测量系统，其特征在于：所述的测量系统包括数控机床(1)、接触式测温装置(2)、定位测量装置(3)、计算机(4)、温度测量装置；其中定位测量装置(3)以可拆卸的方式固定在数控机床(1)的工作台上；接触式测温装置(2)由安装在数控机床(1)上各个转动轴上的多个温度传感器和单片机组成；温度测量装置由设置在数控机床(1)外侧四周的多个红外测温仪和USB传送模块组成；计算机(4)的内部设有误差数据处理模块，分别与数控机床(1)的控制器、接触式测温装置(2)和温度测量装置电连接。2.根据权利要求1所述的基于在机检测的数控机床综合误差测量系统，其特征在于：所述的多个红外测温仪为分别设置在数控机床(1)两侧的第一红外测温仪(5.1)和第三红外测温仪(5.3)以及设置在数控机床(1)前方的第二红外测温仪(5.2)。3.根据权利要求1所述的基于在机检测的数控机床综合误差测量系统，其特征在于：所述的定位测量装置(3)包括定位框架(21)、多个标准球(22)、多个量块支架(23)、多个夹紧装置(24)、多根连接杆(25)和多个量块；其中定位框架(21)为水平设置的矩形框架，表面的四个角部分别与一根连接杆(25)的下端螺纹连接，每根连接杆(25)的上端安装一个上半球面为测量面的标准球(22)；定位框架(21)的四条侧边表面分别安装两个量块支架(23)，每个量块支架(23)的上端通过夹紧装置(24)安装一个量块；量块为长方体形结构，长度方向与其所在的定位框架(21)的侧边长度方向一致，多个量块分别为第一至第八量块(11-18)，其中第一、第二量块(11，12)位于定位框架(21)的前端侧边上，第三、第四量块(13、14)位于定位框架(21)的后端侧边上，第五、第六量块(15，16)位于定位框架(21)的左侧边上，第七、第八量块(17，18)位于定位框架(21)的右侧边上。4.根据权利要求3所述的基于在机检测的数控机床综合误差测量系统，其特征在于：所述的量块的外侧面中部沿长度方向设有一条外侧面轨迹线(41)，外侧面轨迹线(41)的中部间隔设有第一至第三测点(31-33)；上表面中部沿长度方向设有一条上表面轨迹线(35)；左、右端面中心处分别设有一个第四测点(39)和第五测点(34)；内侧面上设有与上述第一至第三测点(31-33)相对应的第六至第八测点(36-38)；量块左右端面上的测点(34、39)记为DPij＝(x,y,z),i＝1,2,3,4,5,6,7,8；j＝1,2；外表面测点(31-33)记为WPij＝(x,y,z),i＝1,2,3,4,5,6,7,8；j＝1,2,3……；外侧面轨迹线(41)记为WTi,i＝1,2,3,4,5,6,7,8；上表面轨迹线(35)记为STi,i＝1,2,3,4,5,6,7,8；内侧面测点(36-38)记为NPij＝(x,y,z),i＝1,2,3,4,5,6,7,8；j＝1,2,3……；其中i表示量块的序号,j表示测点的序号。5.根据权利要求4所述的基于在机检测的数控机床综合误差测量系统，其特征在于：所述的第二测点(32)位于外侧面轨迹线(41)的中点处，第一和第三测点(31，33)分别位于第二测点(32)的两侧且与第二测点(32)间的距离为80mm。6.一种如权利要求1所述的基于在机检测的数控机床综合误差测量系统的测量方法，其特征在于：所述的测量方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)利用第一、第二、第三红外测温仪(5.1，5.2，5.3)实时采集数控机床(1)上移动部件周围的温度数据，用于监测移动部件温度场的变化，然后通过USB传送模块传送给计算机(4)；同时利用温度传感器实时采集各个转动轴的温度数据，然后通过单片机处理后传送给计算机(4)；步骤2)将定位测量装置(3)固定在数控机床(1)的工作台上，并在数控机床(1)上换装测量头，然后开始进行机床误差测量和加工误差测量；步骤3)利用测量头对第一量块(11)、第二量块(12)外侧面、内侧面上的测点进行测量，然后对第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振忠，曹元，王巨涛，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12