一种用于回转式曲线轮廓加工的在机测量装置及方法

摘要

本发明涉及一种用于回转式曲线轮廓加工的在机测量装置和方法，装置包括位移检测单元、激光束校准单元和激光束入射角控制单元，其特征在于，所述位移检测单元包括激光位移传感器与传感器控制器；所述激光位移传感器安装在所述激光束校准单元上，并与所述传感器控制器相连接；所述激光束校准单元安装在激光束入射角控制单元上，并由所述激光束入射角控制单元带动所述激光位移传感器做指定角度的转动。方法包括在测量曲线轮廓时，激光束入射角控制单元控制激光束转动相应的回转角度，使激光束沿工件廓形法线方向进行入射。本发明减少工件在机床上安装与拆卸环节，提高测量精度，从而提高加工效率。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工与精密测量技术领域，特别是涉及一种用于回转式曲线轮廓加工的在机测量装置及方法。

背景技术

对于某些形状复杂的回转式曲线轮廓零件，如天线罩，若其内外轮廓及壁厚等几何量要求较高，为了尽量减少废品，通常采取精加工后预留一定的余量，利用三坐标测量机，圆度仪等精密仪器进行离线测量，然后进行评判。若超差则再次将工件安装到机床上进行加工，以进一步提高工件的加工精度。因此，工件在测量工位和修磨工位之间需要进行多次安装与调试，中间转换环节多，不仅操作麻烦，效率低下，而且工件重复安装会引入多次安装的定位误差，将进一步影响工件的加工与测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于回转式曲线轮廓加工的在机测量装置及方法，减少工件在机床上安装与拆卸环节，以提高测量精度，从而提高加工效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于回转式曲线轮廓加工的在机测量装置，包括位移检测单元、激光束校准单元和激光束入射角控制单元，所述位移检测单元包括激光位移传感器与传感器控制器；所述激光位移传感器安装在所述激光束校准单元上，并与所述传感器控制器相连接；所述激光束校准单元安装在激光束入射角控制单元上，并由所述激光束入射角控制单元带动所述激光位移传感器做指定角度的转动。

所述激光束入射角控制单元包括基板、步进电机、电机安装架和联接轴；所述基板上安装有所述电机安装架，所述电机安装架上设有深沟球轴承，所述步进电机安装在电机安装架上，并且与所述深沟球轴承进行配合；所述步进电机的输出轴通过键与联接轴的一端相连，所述联接轴的另一端与所述激光束校准单元相连。

所述基板安装在机床进给运动滑台上。

所述激光束校准单元包括偏转调整旋钮、用于安装激光位移传感器的上安装板、俯仰调整旋钮和下安装板；所述上安装板和所述下安装板之间安装钢珠和圆柱体，所述上安装板和下安装板之间联接弹簧进行预紧；所述偏转调整旋钮用于带动所述上安装板绕所述圆柱体偏转；所述俯仰调整旋钮用于带动所述上安装板绕钢珠旋转。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种用于回转式曲线轮廓加工的在机测量方法，其特征在于，使用上述的在机测量装置，包括以下步骤：

（1）建立工件坐标系，并计算激光位移传感器所要测量的坐标值和激光束入射角控制单元的回转角度；

（2）根据计算得到的坐标值，控制机床工作台运动，带动激光位移传感器运动到工件附近；

（3）根据计算得到的回转角度，发送指令驱动激光束入射角控制单元带动激光位移传感器转动一个角度，从而使激光位移传感器的激光束对准工件的第一廓形法线方向，保证测量时激光位移传感器按第一廓形法线方向进行测量；

（4）进行数据采集，并将测量所得到的数据进行显示和存储；

（5）激光束入射角控制单元驱动激光位移传感器再转动一个角度，使激光位移传感器的激光束对准工件的第二廓形法线方向，保证测量时激光束沿工件的第二廓形法线方向进行测量；

（6）对工件进行修磨；

（7）修磨完毕后，使用步骤（3）-步骤（5）再进行一次测量；

（8）将工件修磨前后两次测量的数据进行处理，可得到工件的实际修磨量。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明可方便地在机床上安装，解决了在不拆卸工件的情况下，进行工件几何量的在机检测，减少了重复安装带来的定位误差对测量精度的影响，大大提高了工件的加工精度和效率，同时降低了加工成本。同时本发明采用了专用的激光束校准单元，以便于激光束的校准，还采用了专用的激光束入射角控制单元，使得激光位移传感器发出的激光束与待测曲线轮廓的法线方向一致，使得内外轮廓壁厚检测更直接，准确度更高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中激光束入射角控制单元的结构示意图；

图3是本发明中激光束校准调整单元的结构示意图；

图4是沿图3中A-A线的剖面图；

图5是本发明测量一种回转式曲线轮廓的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种回转式曲线轮廓加工的在机测量装置，如图1所示，包括位移检测单元、激光束校准单元2、激光束入射角控制单元1和控制软件模块。

如图2所示，激光束入射角控制单元1由基板11、步进电机12、电机安装架13、深沟球轴承14、键15和联接轴16组成。步进电机12通过螺钉安装在电机安装架13上，且和电机安装架13上的深沟球轴承14进行配合，联接轴16通过键15与步进电机12的输出轴连接，电机安装架13通过螺钉安装到基板11上。

如图3和图4所示，激光束校准单元2包括偏转调整旋钮21、钢珠22、弹簧23、上安装板24、圆柱体25、俯仰调整旋钮26和下安装板27组成。在上安装板24和下安装板27之间安装钢珠22和圆柱体25，上安装板24和下安装板27之间联接弹簧23进行预紧。

位移检测单元由激光位移传感器3与传感器控制器组成。激光位移传感器3采用公知技术，即激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出传感器和被测物体之间的距离。

激光位移传感器3安装在激光束校准单元2的上安装板24上，并通过高频电缆线与传感器控制器相连接。激光束校准单元2安装在激光束入射角控制单元1的联接轴16上，并由激光束入射角控制单元1带动激光位移传感器做指定角度的转动。在机测量装置通过基板11安装在机床进给运动滑台上。

在机测量装置在机床上安装好后，对激光位移传感器3的激光束进行校准。激光束校准单元1通过偏转调整旋钮21带动上安装板绕圆柱体25偏转，俯仰调整旋钮26的调整带动上安装板绕钢珠22旋转，使激光束与工件轴线保持等高及垂直，实现激光束的校准。

下面以外圆Ф190mm，高度为300mm的天线罩为例，沿圆周母线进行测量，进一步说明本发明。

如图5所示，以外圆Ф190mm，高度为300mm的天线罩为例，沿圆周母线进行测量，母线间距为20mm，则需测量15条圆周线，其测量方法包括以下步骤：

1）建立工件坐标系，并根据天线罩的外轮廓型线，在机测量装置的软件模块计算出天线罩外型面15条圆周线上测量点的X、Z坐标值和法向矢量，从而确定激光位移传感器测量每个圆周线的X、Z向坐标值和激光束入射角控制单元的回转角度w_n。

2)根据计算好的X、Z向坐标值，控制机床工作台在XOZ平面运动，带动激光位移传感器运动到天线罩的第一条圆周母线附近。

3）软件模块根据计算得到的回转角度w_n，发送指令驱动步进电机，带动联接轴转动，联接轴带动激光位移传感器转动一个角度，从而使激光位移传感器激光束对准天线罩外型面第一条圆周线的法向方向，保证测量时激光位移传感器按天线罩廓形法线方向进行测量。

4）机床的分度机构，控制天线罩做回转运动到该圆周的下一条母线位置，软件模块会根据设置好采集的点数和频率等参数，开始数据采集。并将测量所得到的数据进行显示和存储。

5）测量完一个圆周后，控制机床工作台在XOZ平面运动，带动激光位移传感器运动到天线罩的下一条圆周线。同时激光束入射角控制单元驱动激光位移传感器再转动一个角度w_n，使激光位移传感器的激光束对准天线罩外型面第二条圆周线，保证测量时激光束沿天线罩廓形法线方向进行测量。这样逐条母线测量直至15条圆周线全部测完。

6）运行修磨加工程序，分别对所测量的15条圆周线进行修磨。

7）修磨完毕后，用上述方法对天线罩修磨后的15条圆周线再次进行测量。

8）通过软件模块，将天线罩修磨前后两次测量的数据做适当处理，可得到天线罩的实际修磨量。

9）软件模块对实际修磨量进行评定，如果满足修磨要求，则结束；如果不满足修磨要求，则根据实际修磨量与理论修磨量的偏差，生成数控加工补偿程序，再次对天线罩进行修磨，修磨完后再次对天线罩进行测量、评定，直至达到修磨要求，从而实现天线罩的精密修磨。

不难发现，本发明可方便地在机床上安装，解决了在不拆卸工件的情况下，进行工件几何量的在机检测，减少了重复安装带来的定位误差对测量精度的影响，大大提高了工件的加工精度和效率，同时降低了加工成本。同时本发明采用了专用的激光束校准单元，以便于激光束的校准，还采用了专用的激光束入射角控制单元，使得激光位移传感器发出的激光束与待测曲线轮廓的法线方向一致，使得内外轮廓壁厚检测更直接，准确度更高。