几何量在线检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种几何量在线检测系统，包括：操作单元，接收用户输入的命令操作，向控制单元输出代表用户输入命令操作的操作信号；控制单元，根据接收的操作单元的操作信号，向探测头输出测量控制信号；根据接收的探测头的触发信号，向探测头发出归位控制信号并记录探测头发出触发信号时的坐标值，将坐标值输出至数据处理单元；探测头，接收控制单元的测量控制信号，向测量点运动，并在接触到被测工件时向控制单元输出触发信号；接收控制单元的归位控制信号，退回到测量前的位置；数据处理单元包括处理模块，根据接收的坐标值，得到被测工件的几何量。本实用新型专利技术能及时发现工件存在的问题，大幅度提高工件的精度，缩短工件的生产周期。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
几何量在线检测系统
本技术涉及一种测量系统，尤其涉及用于数控机床的在线检测几何量的测量系统。
技术介绍
据抽样调查报告，目前我国因产品质量问题，如废品、次品、返修品等，所造成的经济损失约为产值的10%~15%。而导致这一结果的其中一个原因，就是因为数控机床不具备检测功能，加工者不能及时发现加工工件存在的问题并修正工件。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种几何量在线检测系统，以解决上述技术问题中的至少一个方面。根据本技术的一个方面，提供了一种几何量在线检测系统，包括操作单元、数据处理单元、位于数控机床内的控制单元和与数控机床相连的探测头，其中:操作单元，接收用户输入的命令操作，向控制单元输出代表用户输入命令操作的操作信号。用户输入的命令操作包括启动检测任务和设定测量环境，检测任务是指点之间的空间距离、线之间的空间距离、面之间的空间距离、角度、形状位置公差的测量。控制单元，根据接收的操作单元的操作信号，向探测头输出测量控制信号；根据接收的探测头的触发信号，向探测头发出归位控制信号并记录探测头发出触发信号时的坐标值，将坐标值输出至数据处理单元。探测头，接收控制单元的测量控制信号，向测量点运动，并在接触到被测工件时向控制单元输出触发信号；接收控制单元的归位控制信号，退回到测量前的位置。数据处理单元包括处理模块，根据接收的坐标值，得到被测工件的几何量。本技术通过在数控机床上安装接触探测头，使得数控机床既是加工设备，又兼具坐标机的测量功能，对加工的工件可以进行在线精密检测，获得被加工工件的几何特征，能使操作者及时发现加工工件存在的问题。安装本技术的检测系统后，可以大幅度提高工件的精度，并缩短工件的生产周期。在一些实施方式中，本技术的检测系统还可以包括转换单元，此时，操作单元，接收用户输入的命令操作，向转换单元输出代表用户输入命令操作的操作信号；转换单元，接收操作单元的操作信号，将其转换成能由控制单元读取的执行信号;控制单元，根据接收的转换单元的执行信号，向探测头输出测量控制信号。通过转换单元将操作信号(或由操作信号启动的检测主程序)转化为数控机床可执行的程序(如:G代码程序)，再通过RS-232串行通讯接口传输给数控机床，由此，使得本技术可以与那科、西门子、三菱等多种数控系统连接，可以扩展数控系统的功能，使其具有更广的适用范围。在一些实施方式中，数据处理单元还可以包括比对模块，将被测工件的几何量与预先存储的被测工件的模型数据进行比对，给出判断结果。通过比对模块，将测得的几何量与预先存储的模型数据(如:CAD数据模型)进行比对，可以发现加工工件存在的问题并得出修正方案。在一些实施方式中，探测头包括红宝石测球和测头开关，红宝石测球与测头开关刚性连接，测头开关的外围圆周方向上均匀分布有三个定位圆柱体和三对钢球接触副。每对钢球接触副包含两个定位钢球，每对钢球分别位于一个定位圆柱体的两侧。本技术采用磁力来使探测头复位。探测头与电源接通后，探测头内部产生一个电磁场。当红宝石测球接触被测工件并达到一定的测量力时，该测量力在测杆上产生的力矩大于由接触探头内部芯体磁力力矩时，三对接触点中至少有一对开启，则电路回路断开，产生接触触发信号，该信号迅速传至数控机场的控制单元，立即锁存机床三个运动轴的坐标值。一旦测量力消失，则开启的接触点在磁力的作用下复位。这种接触式的探测头结构简单紧凑，工作过程的中间环节少，容易使测头获得较好的重复性，本系统探头重复性小于 0.002mm。【附图说明】图1是本技术一种实施方式的几何量在线检测系统的方框示意图。图2是本技术的检测流程图。图3是本技术一种实施方式的探测头的开关图。图4是本技术一种实施方式的探测头的原理示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术作进一步详细的说明。图1示意性地显示了本技术其中一种实施方式的几何量在线检测系统的方框示意图。如图1所示，一种几何量在线检测系统，包括操作单元1、转换单元2、数据处理单元3、位于数控机床内的控制单元4和与数控机床相连的探测头5。操作单元1，接收用户输入的命令操作，向转换单元2输出代表用户输入命令操作的操作信号。本技术中的操作单元I可以是计算机的键盘等操作硬件。转换单元2，接收操作单元I的操作信号，将其转换成能由控制单元4读取的执行信号。本技术的检测系统通过转换单元，可以实现可以发那科、西门子、三菱等多种数控系统连接，适用范围广。控制单元4，根据接收的转换单元2的执行信号，向探测头5输出测量控制信号；根据接收的探测头5的触发信号，向探测头5发出归位控制信号并记录探测头5发出触发信号时的坐标值，将坐标值输出至数据处理单元3。探测头5，接收控制单元4的测量控制信号，向测量点运动，并在接触到被测工件时向控制单元4输出触发信号；接收控制单元4的归位控制信号，退回到测量前的位置。本技术的检测系统的数据处理单元是基于DIMS平台开发，其功能丰富，与本技术的独特的探测头配合，完成几何量的在线检测任务。数据处理单元3包括处理模块31和比对模块32。处理模块31，根据接收的坐标值，得到被测工件的几何量。比对模块32，将被测工件的几何量与预先存储的被测工件的模型数据进行比对，给出判断结果。图2显示了本技术的检测流程图。如图2所示，待数控机床完成零件加工后，先在与数控机床连接(可以通过网络实现连接)的计算机上开启本技术的在线检测系统(步骤101)，再在检测系统中导入或编辑好被测工件的CAD模型，然后启动检测任务并设定测量环境(步骤102)。本技术的检测系统能在编程模式下，建立各种坐标系，能定义点、线、平面、圆、圆柱、圆锥、球等元素，能测量点、线、面之间的空间距离和相关元素之间的角度。本技术的检测系统还具备通用形状位置公差测量功能，采用最小二乘法拟合各种被测量的元素，能测量的形状公差有:直线度、平面度、圆度、圆柱度、球度等；能测量的位置公差有:平行度、垂直度、位置度等。此处的检测任务就是指点、线、面之间的空间距离和相关元素之间的角度，以及形状位置公差等测量任务。在计算机测量平台上生成检测主程序，将检测主程序转化为数控机床可执行的G代码程序(步骤103)由RS-232串行通讯接口传输给数控机床(步骤104)。通过G代码程序控制，探测头5将按程序规定的路径向测量点运动，当测球接触工件时接触测头发出触发信号，将此触发信号通过SKIP信号硬件接口传到数控机床(步骤105)。数控系统立即中止并按预先设定的距离退回，同时数控系统的寄存器锁存触发时刻的坐标值，G代码程序的程序又将该坐标值发送到机床IO 口，测量点的坐标通过RS-232串行通讯接口传回计算机(步骤106)。一个测量点测量完毕后，数控机床暂停，处于等待上位计算机的指令状态进行下一个测量动作(步骤107)，如还需要继续测量更多的测量点，则跳转到步骤103。计算机测量平台上获得被测元素的足够点后，就可以处理获得被元素的几何特征。将获得的几何特征与CAD模型进行比较，能及时发现加工工件存在的问题(步骤108)。安装本技术的检测系统后，可以对加工的工件进行在线精密检测，获得被加工工件的几何特征，能使操作者及时发现加工工件存本文档来自技高网...

【技术保护点】
几何量在线检测系统，其特征在于，包括操作单元、数据处理单元、位于数控机床内的控制单元和与数控机床相连的探测头；?操作单元，接收用户输入的命令操作，向控制单元输出代表用户输入命令操作的操作信号；?控制单元，根据接收的所述操作单元的操作信号，向探测头输出测量控制信号；根据接收的所述探测头的触发信号，向探测头发出归位控制信号并记录探测头发出触发信号时的坐标值，将坐标值输出至数据处理单元；?探测头，接收所述控制单元的测量控制信号，向测量点运动，并在接触到被测工件时向控制单元输出触发信号；接收所述控制单元的归位控制信号，退回到测量前的位置；?数据处理单元包括处理模块，根据接收的坐标值，得到被测工件的几何量。

【技术特征摘要】
1.几何量在线检测系统，其特征在于，包括操作单元、数据处理单元、位于数控机床内的控制单元和与数控机床相连的探测头； 操作单元，接收用户输入的命令操作，向控制单元输出代表用户输入命令操作的操作信号; 控制单元，根据接收的所述操作单元的操作信号，向探测头输出测量控制信号；根据接收的所述探测头的触发信号，向探测头发出归位控制信号并记录探测头发出触发信号时的坐标值，将坐标值输出至数据处理单元； 探测头，接收所述控制单元的测量控制信号，向测量点运动，并在接触到被测工件时向控制单元输出触发信号；接收所述控制单元的归位控制信号，退回到测量前的位置； 数据处理单元包括处理模块，根据接收的坐标值，得到被测工件的几何量。2.根据权利要求1所述的几何量在线检测系统，其特征在于，还包括转换单元，此时， 操作单元，接收用户输入的命令操作，向转换单元输出代表用户输入命令操作的操作信号; 转换单元，接收所述操作单元的操作信号，将其转换成能由控制单元读取的执行信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，方强，张欣宇，
申请(专利权)人：广东省计量科学研究院，
类型：实用新型
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