单关节臂在线原位测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于机械量测量技术及仪器领域。为提供一种机械加工在线测量装置，能够检测到刀具磨损、机床振动、由于切削力引起的变形、机床运动误差等对加工产生的影响，本发明专利技术采取的技术方案是，单关节臂在线原位测量方法及装置，由关节臂、测头回转体、测头、z向运动部件、x向运动部件、误差补偿系统及数据处理与控制计算机、电动机组成；单关节臂在线原位测量方法，借助前述装置实现，按照测量任务的要求，根据所建立的数学模型，形成测量机的路径规划，完成测量。本发明专利技术主要应用于机械量测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械量測量技术及仪器领域，尤其涉及在线测量系统。具体讲，涉及单关节臂在线原位測量系统。
技术介绍
国民经济与国防的发展对于产品的精度要求越来越高、各种形状复杂的零件所占的比重越来越大。这些高精度复杂零件加工时间长、加工费用高，不合格品带来的损失大。在加工エ艺过程中采用适当的检测装置，适时地检测加工件的各种尺寸、形状、位置參数，对于提高加工精度，保证产品质量、防止或减少废品，具有重要意义。图I是典型的加工中測量装置示意图。測量装置103在エ件102的加工过程中测量エ件的尺寸。当エ件102的尺寸接近所要求尺寸时，測量装置103发出指令，让机床由粗 加工转为精加工。当エ件102的尺寸达到所要求尺寸时，測量装置103发出指令，停止加工。图I中101是机床床头箱，104是尾架。这种加工中測量装置能够有效地提高加工精度，防止产生废品。意大利Marpose公司和我国中原量仪厂等生产这类加工中測量装置。但是这类加工中測量装置只能用于轴径、孔径、台阶高度等一些简单參数的測量。而国民经济与国防中需要加工许多复杂的零件，如发动机整体叶盘、齿轮、箱体等。这些零件形状复杂，首先需要检测的是叶片或齿面等复杂曲面的形状，以及它们的相对位置。图I所示加工中測量装置显然是无能为力的。对于这类复杂零件，目前最常用的方法是在生产线的两个エ序间放置一些专用的、或包括三坐标测量机在内的通用测量仪器。在完成ー个加工エ序后对加工件进行较全面的检测。根据检测结果只让在上一道エ序符合要求的零件进入下一道エ序。这样做的好处是避免让不合格的件进入下一道エ序，造成エ时的浪费。这种方法属于在线检测，它在生产线上进行检測，但不是原位检测，它不在加工エ位上进行检测，而是在前一台机床上加工完后卸下，送到測量机上进行检测。发动机整体叶盘、大型齿轮、大型箱体等都是十分昂贵的，对于原材料要求也很高。原材料与前面已完成的エ序加工费用都很高。如果因为某一道エ序中某些局部參数不符合要求而报废是十分可惜的，应当尽可能进行返修，使之成为合格件。但是目前广泛采用的在线测量方法是在加工完毕后，将它从机床上卸下，送到測量机上进行检測。如果发现某些局部參数不符合要求再送回原机床返修存在许多困难。一是整个エ艺流程不顺，ニ是将エ件从机床上卸下后就失去了它的安装基准，重新安装会因基准改变带来误差。为了解决这两个问题要求进行在线在位检测。有的数控机床和加工中心带有检测装置。最简单的是在加工完毕后，用机床上配置的测头检测刀具的磨损。这种方法只能发现刀具的磨损，发现不了其它加工误差。较先进的方法是，在刀具退出后，在刀具处换上测头，利用机床带动测头运动，对エ件进行检測。这种方法固然能够发现由于刀具磨损、机床振动、由于切削力引起的变形等影响，但是从原理上说它存在问题，它不能发现由于机床运动误差而产生的种种误差。刀具与测头是由同ー控制系统、运动机构带动运动，机床的运动误差同时影响加工误差与测量误差。
技术实现思路
本专利技术g在解决克服现有技术的不足，提供一种机械加工在线测量装置，能够检测到刀具磨损、机床振动、由于切削力引起的变形、机床运动误差等对加工产生的影响，为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是，单关节臂在线原位測量装置，由关节臂、测头回转体、测头、z向运动部件、X向运动部件、误差补偿系统及数据处理与控制计算机、电动机组成；关节臂采用比重小、弹性模量大的碳素纤维制作；关节臂的前端安装有测头回转体，测头安装在测头回转体上，关节臂套装在径向与轴向运动误差小、角摆运动误差小的精密轴系上，套装锁死吋，关节臂随精密轴系转动，套装松开时，关节臂可以绕精密轴系转动；Z向运动部件由精密轴系、z向滑板、导轨座组成，精密轴系上安装有精密测角系 统，在计算机控制下电动机经过减速箱带动精密轴系转动从而带动关节臂转动所需角度，精密测角系统测得转动所需角度；精密轴系的座固定在Z向滑板上，Z向滑板上的两个滑枕与Z向导轨座上的精密导轨构成直线运动导轨副，Z向滑板和Z向导轨座上分別装有光栅尺与读数头，利用光栅尺与读数头读出Z向滑板相对于Z向导轨座的移动量，在计算机控制下，另ー电动机经过其减速箱和丝杠带动Z向滑板移动到所需位置；X向运动部件由X向滑板构成，z向导轨座固定在X向滑板上，X向滑板上的两个滑枕与机床基座上的精密导轨构成直线运动导轨副，X向滑板和基座上分別装有光栅尺与读数头，利用该光栅尺与读数头读出X向滑板相对于基座的移到量；在计算机控制下，第三个电动机经过其減速箱和丝杠带动X向滑板移动到所需位置；误差补偿系统的组成为在机床基座上装有自准直光管，在z向滑板上装有长反射镜，在测量过程中自准直光管测量长反射镜的角度位置的变化，并按此引入误差补偿；精密轴系的座与z向滑板的相对位置、z向导轨座与X向滑板的相对位置均可调整；根据标定结果，利用測量机的调整机构将精密轴系的转轴与Z向运动调平行，将Z向运动调到与X向运动垂直，由于受机械结构和调整灵敏限的限制，调整不可能完全理想，在调整并稳定一段时间后再次标定，并将残存的误差作为误差补偿的依据。回转体为能够连续回转的测头回转体，或非连续回转的测头回转体，测头为扫描或触发测头，回转体做绕水平与竖直轴转动、关节臂绕精密轴系转动、Z向滑板做Z向运动；X向滑板做X向运动，最終带动测头实现5自由度的运动。单关节臂在线原位測量方法借助于前述单关节臂在线原位測量装置实现，包括下列步骤将精密轴系的转轴与z向运动调平行，将z向运动调到与X向运动垂直，由于受机械结构和调整灵敏限的限制，调整不可能完全理想，在调整并稳定一段时间后再次标定，并将残存的误差作为误差补偿的依据；将关节臂即测头回转体的回转中心到与精密轴线5轴线的垂线与X向运动平行的位置定义为关节臂转角e的零位，将测头回转体绕B轴即竖直轴转动时测端位置不变的位置定义为测头回转体3的a角零位，将a =90°时，测头的探针与关节臂平行位置定义为测头回转体的0角零位；在将整个測量机安装到机床旁后，还需要通过标定，将测量机的X向运动调整到与机床相应运动平行，并让测头的探针在a =90°=0°时通过机床转台的轴线；根据测量机的原理结构、建立測量机的数学模型；让关节臂4按与收拢时相反的方向转180°，进入工作状态；按照测量任务的要求，根据所建立的数学模型，形成测量的路径规划，在计算机控制下，完成单个叶片或齿、或某个局部的測量，利用测头具有的5个运动自由度，在计算机控制下让测头探针以合适的方向伸入被测零件的槽内、测端移动到指定的待测点；根据需要，进行扫描或点位測量，同时采集X向滑板、z向滑板的坐标值X和z、关节臂的转角e、测头回转体绕水平和竖直轴的转角a和0、测头在自身坐标系下三个方向的空间坐标的长度向量读数S、自准直光管在两个方向的角度值小、V，假设垂直于自准 直光管的光路作一平面，其中小、V方向分别为该平面内的水平方向与铅直方向，对测量信号进行调理，含模数转换后进行存储；根据所建立的数学模型和由标定得到的測量机的各个參数和误差值进行误差补偿，获得所测点云各个点的坐标值，对所得到的点云的坐标值进行数据拟合和重构，获得被测曲面的形状；将拟合和重构后的数据与所测零件的理论数学模型进行比较，合乎要求的通过验收，或允许其进入下ーエ序；对偏离技术要求的，计算返修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单关节臂在线原位测量装置，其特征是，由关节臂、测头回转体、测头、z向运动部件、x向运动部件、误差补偿系统及数据处理与控制计算机、电动机组成；关节臂采用比重小、弹性模量大的碳素纤维制作；关节臂的前端安装有测头回转体，测头安装在测头回转体上，关节臂套装在径向与轴向运动误差小、角摆运动误差小的精密轴系上，套装锁死时，关节臂随精密轴系转动，套装松开时，关节臂可以绕精密轴系转动；z向运动部件由精密轴系、z向滑板、导轨座组成，精密轴系上安装有精密测角系统，在计算机控制下电动机经过减速箱带动精密轴系转动从而带动关节臂转动所需角度，精密测角系统测得转动所需角度；精密轴系的座固定在z向滑板上，z向滑板上的两个滑枕与z向导轨座上的精密导轨构成直线运动导轨副，z向滑板和z向导轨座上分别装有光栅尺与读数头，利用光栅尺与读数头读出z向滑板相对于z向导轨座的移动量，在计算机控制下，另一电动机经过其减速箱和丝杠带动z向滑板移动到所需位置；x向运动部件由x向滑板构成，z向导轨座固定在x向滑板上，x向滑板上的两个滑枕与机床基座上的精密导轨构成直线运动导轨副，x向滑板和基座上分别装有光栅尺与读数头，利用该光栅尺与读数头读出x向滑板相对于基座的移到量；在计算机控制下，第三个电动机经过其减速箱和丝杠带动x向滑板移动到所需位置；误差补偿系统的组成为：在机床基座上装有自准直光管，在z向滑板上装有长反射镜，在测量过程中自准直光管测量长反射镜的角度位置的变化，并按此引入误差补偿；精密轴系的座与z向滑板的相对位置、z向导轨座与x向滑板的相对位置均可调整；根据标定结果，利用测量机的调整机构将精密轴系的转轴与z向运动调平行，将z向运动调到与x向运动垂直，由于受机械结构和调整灵敏限的限制，调整不可能完全理想，在调整并稳定一段时间后再次标定，并将残存的误差作为误差补偿的依据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裘祖荣，张国雄，刘书桂，李杏华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：