一种校准五轴系统TCP参数的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种校准五轴系统TCP参数的方法，包括以下步骤：设置初始零位；切割测试板；设置C轴初始半径值；C轴运行180

【技术实现步骤摘要】
一种校准五轴系统TCP参数的方法


[0001]本专利技术涉及控制系统参数校准的
，具体涉及一种校准五轴系统TCP参数的方法。

技术介绍

[0002]TCP即ToolCenterPoint(刀尖点)的缩写。在数控系统中，CAM软件编制的G代码控制着机床刀尖点的位置，而机床如何运动到刀尖点的位置由机床自行运算，机床根据坐标系的补偿值，刀具安装位置的补偿值等进行补偿，最终运动到G代码对应的点，多应用于多轴系统中。
[0003]在激光切割设备的应用中，CAM软件编程的G代码控制切割嘴的位置，在普通的三轴坐标系中，切割嘴位置由XYZ坐标决定，三个驱动电机控制三个坐标轴的矢量，互不干扰。但在三维五轴坐标系中，除去XYZ三个运行轴外，还存在负责旋转的C轴，负责摆动的B轴，当C/B轴运行时，对XYZ三个坐标值是产生矢量变化的，而CAM软件只控制切割嘴位置，所以需要引入TCP(刀尖点控制)参数指标。即在五轴系统中，当C/B轴运行时，需要精确的知晓C/B轴在运行时对XYZ坐标系产生的矢量影响，五轴系统可做对应的系统补偿设定，以确保CAM软件控制的切割嘴位置精确可靠。在五轴系统中，需要先确认C/B轴相对于机床坐标的零点校核，需要校对C轴零位于Y轴平行，B轴零位于Z轴平行，并且测量出C/B轴到割嘴(刀尖点)的半径值。
[0004]公告号为CN112008491B的中国专利技术专利公开了一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，包括S1、在工作台上安装标定校准块，主轴上安装测头并激活；S2、在保持C轴为0r/>°
的情况下，A轴依次在包含0
°
及其他以0
°
对称的角度，自上而下接触标定校准块，同一A轴角度需在主轴0
°
与180
°
的角度下测量对应的点位坐标；S3、计算A轴与主轴在Y方向以及A轴转动中心与主轴转动平面的误差；S4、在保持A轴为0
°
的情况下，C轴依次在0
°
、+180
°
、
±
90
°
，主轴分别在0
°
与180
°
的情况下，测量同一点位不同C轴角度下的坐标；S5、计算C轴与A轴在X方向与Y方向的误差值；本专利技术可对CA型五轴数控机床RTCP精度进行自动检测与快速调整，减少人工干预，提升检测效率。当上述已公开的专利技术专利存在以下缺陷：在测量过程中需要A轴回零，而当A轴零位角度不准确时，会对测量过程中的数值产生较大影响。在现有的零位校准方案中，只是通过人工打表测量或利用激光干涉仪进行检查和校正，虽然能够方便对设备的直线轴(X轴、Y轴、Z轴)进行校准，但对旋转轴的校准难度较大，校准精度也不稳定。
[0005]公告号为CN109483322B的中国专利技术专利公开了一种五轴数控机床的零点校准方法，通过三步即可完成校准，步骤一，安装回零校准的工装；步骤二，直线轴的回零校准；步骤三，旋转轴回零校准；本专利技术所述的校准工装结构设计简单，可实现对五轴数控机床的直线轴和旋转轴的回零校准工作，根据上述运动轨迹计算出C轴实际旋转的角度值，完成校准，同理利用校准面c实现A轴的回零校准。当设备刀尖点不在旋转轴的转动中心上时，旋转轴在转动过程中，刀尖点的位置会随旋转轴的转动而偏移，使校准的准确度会受到旋转轴
转动角度的影响。并且上述方案也无法对刀尖点位置的偏移补偿做出准确测量和计算。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种校准五轴系统TCP参数的方法，其包括以下步骤：设置初始零位、切割测试板、测量偏差、旋转轴角度校准和设置校准半径值，该校准五轴系统TCP参数的方法具有校准精度较高的优点。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种校准五轴系统TCP参数的方法，所述五轴系统包括X轴、Y轴、Z轴、B轴和C轴，包括以下步骤：
[0009]S1、设置初始零位：在系统中设置B轴和C轴初始的零位；
[0010]S2、切割测试板：固定测试板，切割头分别在测试板的两侧以T点和T1点为初始位置沿与测试板平行的方向移动并对测试板进行切割形成测量样件，所述T点和T1点以测试板为中心对称设置，切割头从T点移动至T1点的过程中B轴旋转180
°
；
[0011]S3、测量偏差：在测量样件上测量两次切割的在Z轴和Y轴上的位置偏差，得到Z轴偏差值Z2
‑
Z1和Y轴偏差值Y2
‑
Y1，所述Z轴与B轴的转动轴心垂直，所述Y轴与C轴的转动轴心垂直；
[0012]S4、旋转轴角度校准：B轴从初始零位转动角度至Ba＝arctan(Z2
‑
Z1)/2*(L
‑
2S1
‑
S)，此时B轴位于校准零位，C轴从初始零位转动角度至Ca＝arctan[(Y2
‑
Y1)/2*(L
‑
2S1
‑
S)]，此时C轴位于校准零位，其中L为切割头在T点时B轴的转动中心和T1点时B轴的转动中心之间的距离，S1为切割头与测试板的距离，S为测试板的厚度；
[0013]S5、设置校准半径值：在系统中设置B轴校准半径值Br1和C轴校准半径值Cr1。
[0014]通过这样的设置：将五轴空间对应关系的参数二维平面化，通过对应尺寸的反正切函数关系计算出B、C轴零位的偏差角度，从而实现对B、C轴偏差角度的精确测量和计算，进而实现了B、C轴零位的校准，并且有效提高了B、C轴零位的校准精度，能够适用于切割点不在C轴转动中心上的设备。
[0015]通过该校准方法极大的简化了TCP参数的校正步骤、缩短校正时间和降低校正难度。通过该方法校准TCP参数后，能够有效提高设备的加工精度。通过激光切割的内外框尺寸，可以极高效率地确定C、B轴零点的位置，一次就位。
[0016]通过对应尺寸参数的长度关系计算出B、C轴初始半径值的偏差，从而能够对B、C轴初始半径值的偏差进行精确的测量和计算，进而实现了B、C轴半径值的校准。
[0017]作为优选，在所述步骤S4之后和步骤S5之前，还包括以下步骤：
[0018]S41、设置C轴初始半径值：在系统中设置C轴的初始半径值Cr；
[0019]S42、C轴运行180
°
：将B轴和C轴转动至校准零位，通过直线轴使切割嘴与尖点对齐，开启TCP运行模式，C轴运行至180
°
；
[0020]S43、判断尖点是否位于切割点靠近C轴转动中心的一侧：若此时尖点位于切割点靠近C轴转动中心的一侧，则增大C轴半径值；若此时尖点位于切割点远离C轴转动中心的一侧，则减小C轴半径值。
[0021]通过这样的设置：根据C轴开启TCP模式运行180
°
后，切割点与尖点的位置关系，判断增加或减小C轴半径值，从而起到准确校准C轴半径值的效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种校准五轴系统TCP参数的方法，所述五轴系统包括X轴、Y轴、Z轴、B轴和C轴，其特征在于，包括以下步骤：S1、设置初始零位：在系统中设置B轴(11)和C轴(12)初始的零位；S2、切割测试板(31)：固定测试板(31)，切割头分别在测试板(31)的两侧以T点(51)和T1点(52)为初始位置沿与测试板(31)平行的方向移动并对测试板(31)进行切割形成测量样件(32)，所述T点(51)和T1点(52)以测试板(31)为中心对称设置，切割头从T点(51)移动至T1点(52)的过程中B轴(11)旋转180
°
；S3、测量偏差：在测量样件(32)上测量两次切割的在Z轴和Y轴上的位置偏差，得到Z轴偏差值Z2
‑
Z1和Y轴偏差值Y2
‑
Y1，所述Z轴与B轴(11)的转动轴心垂直，所述Y轴与C轴(12)的转动轴心垂直；S4、旋转轴角度校准：B轴(11)从初始零位转动角度至Ba＝arctan(Z2
‑
Z1)/2*(L
‑
2S1
‑
S)，此时B轴(11)位于校准零位，C轴(12)从初始零位转动角度至Ca＝arctan[(Y2
‑
Y1)/2*(L
‑
2S1
‑
S)]，此时C轴(12)位于校准零位，其中L为切割头在T点(51)时B轴(11)的转动中心和T1点(52)时B轴(11)的转动中心之间的距离，S1为切割头与测试板(31)的距离，S为测试板(31)的厚度；S5、设置校准半径值：在系统中设置B轴(11)校准半径值Br1和C轴(12)校准半径值Cr1。2.根据权利要求1所述的校准五轴系统TCP参数的方法，其特征在于，在所述步骤S4之后和步骤S5之前，还包括以下步骤：S41、设置C轴(12)初始半径值：在系统中设置C轴(12)的初始半径值Cr；S42、C轴(12)运行180
°
：将B轴(11)和C轴(12)转动至校准零位，通过直线轴使切割嘴(22)与尖点(41)对齐，开启TCP运行模式，C轴(12)运行至180
°
；S43、判断尖点(41)是否位于切割点靠近C轴(12)转动中心的一侧：若此时尖点(41)位于切割点靠近C轴(12)转动中心的一侧，则增大C轴(12)半径值；若此时尖点(41)位于切割点远离C轴(12)转动中心的一侧，则减小C轴(12)半径值。3.根据权利要求2所述的校准五轴系统TCP参数的方法，其特征在于，在所述步骤S42中，还包括以下步骤：测量切割嘴(22)与尖点(41)的坐标位置Y1，通过调节直线轴坐标至切割嘴(22)与尖点(41)对齐并记录坐标位置Y2，C轴(12)半径误差值为Yc＝|Y2
‑
Y1|，若在所述步骤S42后尖点(41)位于切割点靠近C轴(12)转动中心的一侧，则进入步骤S431，若在所述步骤S42后尖点(41)位于切割点远离C轴(12)转动中心的一侧，则进入步骤S432；S431、...

【专利技术属性】
技术研发人员：常勇，
申请(专利权)人：苏州市宏石激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：