一种车床尾座同轴度精密检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种车床尾座同轴度精密检测装置及检测方法，其中检测方法包括：将激光准直模块和光电测头分别安装在车床三爪卡盘和尾座套筒内；手动旋转三爪卡盘一周，根据准直激光束投射在光电测头上的光斑轨迹，拟合得到轨迹中心坐标；摇动车床尾座手轮使光电测头轴向移动到下一个测量截面，由激光测距模块测量移动的距离，根据多个截面上的激光光斑轨迹中心进一步拟合出车床主轴轴线。接下来，保持激光准直模块不动，将光电测头旋转一周，同样由多个截面上的激光光斑轨迹中心确定车床尾座孔轴线与各测量截面的交点；最后，计算出车床尾座的同轴度误差。本发明专利技术能够实现车床尾座同轴度的高精度检测，并且极大地提高检测效率，节约检测成本。节约检测成本。节约检测成本。

【技术实现步骤摘要】
一种车床尾座同轴度精密检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及几何量计量测试领域，具体涉及一种车床尾座同轴度精密检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]同轴度公差是指被测轴线相对于基准轴线所允许的最大变动量，表明了被测轴线与基准轴线之间的重合程度。车床尾座同轴度指的是车床尾座孔轴线与车床主轴轴线之间的同轴度，它是车床的一项重要几何参数，直接影响车床的加工精度。目前，车床尾座同轴度基本上是采用圆柱形标准棒配合千分表用打表法检测。但在车床尾座同轴度检测中，尾座与主轴之间的距离大，打表法测量时千分表需要伸出较长距离，表架很难形成稳定的刚性支撑，从而导致测量精度较低。同时，打表法测量工序繁琐、工作量大、效率低。
[0003]综上所述，针对车床尾座同轴度检测问题目前还没有较好的高精度检测手段，而该同轴度误差的存在又严重影响到车床的加工精度和产品质量。因此，急需一种能够在工业现场实现车床尾座同轴度快速高精度检测的装置及其检测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中打表法这种传统测量方法在检测精度和效率上的不足，提出一种基于激光准直和光电检测的车床尾座同轴度精密检测装置及其检测方法，有利于快速高精度测量工业现场的车床尾座同轴度误差并提供车床尾座调整依据，提高车床加工精度，降低测量操作难度。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006]一种车床尾座同轴度精密检测装置，包括激光准直模块、光电测头、激光测距模块和运算处理模块；其中，所述激光准直模块由单模光纤激光器、陶瓷轴和连接机构组成。单模光纤激光器通过连接机构与陶瓷轴安装在一起，再通过陶瓷轴装夹于车床主轴的三爪卡盘上。连接机构上配有调节螺钉，用于调节单模光纤激光器的姿态，以调整准直激光束的出射方向。
[0007]优选的，所述光电测头主要由二维PSD传感器、双轴倾角传感器、导电滑环和旋转机构组成。光电测头通过旋转机构末端的锥形轴装夹于车床尾座套筒内，并可绕着尾座套筒的轴线旋转。
[0008]二维PSD传感器安装在光电测头前端的壳体内，PSD光敏面与测头轴线垂直，用于感知单模光纤激光器投射在光电测头上的激光光斑位置。
[0009]双轴倾角传感器安装在光电测头壳体内部的安装槽中，用于测量光电测头的旋转角度。
[0010]旋转机构一端为锥形结构，测量时与车床尾座套筒配合；另一端为可旋转输出轴，与测头壳体固连，带动光电测头旋转。
[0011]导电滑环的作用是避免在光电测头旋转过程中传感器的信号线发生缠绕，导电滑
环的动子与所述旋转机构的输出轴固连，定子则与旋转机构的锥形壳体固连。
[0012]优选的，所述运算处理模块包括信号处理电路、单片机及触摸屏。测量人员通过触摸屏输入测量指令，信号处理电路采集所述光电测头及激光测距模块的传感器信号并进行放大、滤波、A/D转换等处理。然后由单片机计算出车床尾座的同轴度误差，并通过触摸屏显示输出测量结果。
[0013]本专利技术还公开了基于上述技术方案记载的车床尾座同轴度精密检测装置的检测方法，包括测量车床主轴轴线以及测量车床尾座同轴度误差，其中测量车床主轴轴线的步骤包括：
[0014]步骤11)：分别将激光准直模块装夹于车床主轴的三爪卡盘上、光电测头装夹于车床尾座套筒内，然后将车床尾座沿车床导轨移至用户需要的检测位置后锁紧。
[0015]步骤12)：转动车床尾座手轮使光电测头移动到尾座的一端，然后手动旋转光电测头至测头内的双轴倾角传感器读数为0
°
，将当前位置设置为光电测头的初始位置。
[0016]步骤13)：将激光测距模块通过磁性表座等辅助手段固定于车床上的合适位置，确保激光测距传感器发出的激光垂直投射在光电测头的前端面上。
[0017]步骤14)：由于PSD传感器的光敏面与光电测头轴线垂直，假设PSD平面坐标系为oxy，则以光电测头处于初始位置时的PSD中心作为坐标原点O，OXY坐标平面与PSD的oxy平面重合，OZ轴正方向指向车床主轴，建立世界坐标系OXYZ。
[0018]步骤15)：手动旋转车床三爪卡盘，带动激光准直模块旋转一周。光电测头上的二维PSD传感器采集投射在其光敏面上的一周的光斑坐标(x
i
,y
i
)，其中正整数i≥6，同时激光测距传感器测得光电测头位置Z1。拟合得到这一周光斑点的中心，即为车床主轴轴线与当前测量截面的交点S1(X1,Y1,Z1)，具体拟合过程如下：
[0019]根据一周光斑坐标(x
i
,y
i
)，利用最小二乘法可拟合得到PSD平面内的椭圆方程为
[0020]Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0
[0021]式中，A、B、C、D、E、F为椭圆参数。进一步可得到椭圆中心坐标为
[0022][0023][0024]步骤16)：转动车床尾座手轮使光电测头沿轴向移动一段距离，控制光电测头姿态使双轴倾角传感器读数保持0
°
不变。
[0025]步骤17)：重复步骤15)和步骤16)，依次测得多个测量截面上的交点S2、S3、
……
、S
m
的坐标，m为测量截面的个数。
[0026]根据交点S1、S2、
……
、S
m
的坐标，利用最小二乘法拟合得到主轴轴线L1的方程为
[0027][0028]其中，直线L1的参数X0、Y0、p、q由下式计算得到：
[0029][0030]在此基础上，测量车床尾座同轴度误差的步骤如下：
[0031]步骤21)：车床三爪卡盘上的激光准直模块保持不动，将光电测头绕其轴线旋转一周。光电测头上的二维PSD传感器采集投射在其光敏面上的一周光斑坐标(x
k
′
,y
k
′
)，其中正整数k≥6，同时激光测距传感器测得光电测头的距离为Z1′
。拟合得到这一周光斑点的中心，即为车床尾座孔轴线与当前测量截面的交点T1(X1′
,Y1′
,Z1′
)，其坐标计算方法与车床主轴轴线测量步骤15)的方法相同。
[0032]步骤22)：转动车床尾座手轮使光电测头沿轴向移动一段距离，重复步骤21)依次得到多个截面上的交点T2、T3、
……
T
n
的坐标，n为测量截面的个数。
[0033]步骤23)：以所述的车床主轴轴线L1为基准轴线，按下式计算车床尾座同轴度误差f
[0034]f＝2max{d
l
,l＝1,2,
…
,n}
[0035]其中，d
l
为坐标点T
l
到主轴轴线L1的距离，max{}表示取最大值。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0037]1.本专利技术以激光束作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车床尾座同轴度精密检测装置，其特征在于，包括激光准直模块、光电测头、激光测距模块和运算处理模块；其中所述激光准直模块装夹于车床主轴的三爪卡盘上，用于发出准直激光束作为测量基准；所述光电测头装夹于车床尾座套筒内，用于感知准直激光束投射在光电测头上的激光光斑位置；所述激光测距模块固定于车床上，用于测量光电测头沿车床尾座套筒的轴向位移；所述运算处理模块用于采集和处理所述光电测头及激光测距模块的信号，然后计算出车床尾座的同轴度误差，并通过触摸屏显示输出测量结果。2.根据权利要求1所述的一种车床尾座同轴度精密检测装置，其特征在于，所述激光准直模块包括单模光纤激光器、陶瓷轴和连接机构；所述单模光纤激光器通过连接机构与陶瓷轴安装在一起，再通过陶瓷轴装夹于车床主轴的三爪卡盘上；所述连接机构上配有调节螺钉，用于调节单模光纤激光器的姿态，以调整准直激光束的出射方向。3.根据权利要求1所述的一种车床尾座同轴度精密检测装置，其特征在于，所述光电测头包括二维PSD传感器、双轴倾角传感器、导电滑环和旋转机构；所述光电测头通过旋转机构末端的锥形轴装夹于车床尾座套筒内，并可绕着尾座套筒的轴线旋转；所述二维PSD传感器安装在光电测头前端的壳体内，PSD光敏面与测头轴线垂直，用于感知单模光纤激光器投射在光电测头上的激光光斑位置；所述双轴倾角传感器安装在光电测头壳体内部的安装槽中，用于测量光电测头的旋转角度；所述旋转机构一端为锥形结构，测量时与车床尾座套筒配合；另一端为可旋转输出轴，与测头壳体固连，带动光电测头旋转；所述导电滑环的作用是避免在光电测头旋转过程中传感器的信号线发生缠绕，导电滑环的动子与所述旋转机构的输出轴固连，定子则与旋转机构的锥形壳体固连。4.根据权利要求1所述的一种车床尾座同轴度精密检测装置，其特征在于，所述运算处理模块包括信号处理电路、单片机及触摸屏；测量人员通过触摸屏输入测量指令，信号处理电路采集所述光电测头及激光测距模块的传感器信号并行放大、滤波、A/D转换等处理，然后由单片机计算出车床尾座的同轴度误差，并通过触摸屏显示输出测量结果。5.一种利用权利要求1
‑
4中任意一项所述的车床尾座同轴度精密检测装置的检测方法，其特征在于，包括测量车床主轴轴线以及测量车床尾座同轴度误差，其中测量车床主轴轴线的步骤包括：步骤11)：分别将激光准直模块装夹于车床主轴的三爪卡盘上、光电测头装夹于车床尾座套筒内，然后将车床尾座沿车床导轨移至用户需要的检测位置后锁紧。步骤12)：转动车床尾座手轮使光电测头移动到尾座的一端，然后手动旋转光电测头至测头内的双轴倾角传感器读数为0
°
，将当前位置设置为光电测头的初始位置；步骤13)：将激光测距模块通过磁性表座等辅助手段固定于车床上的合适位置，确保激光测距传感器发出的激光垂直投射在光电测头的前端面上；步骤14)：由于PSD传感器的光敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：余厚云，许晓伟，吴祖冲，曲正航，
申请(专利权)人：南京航空航天大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：