一种加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法

摘要

一种加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法，包括：一，使用接触式探头测量在量棒相同的Y轴坐标Y

说明书

技术领域

本发明属于机械加工测量领域，特别是涉及一种检测提取接触式探头的迟疑信号的方法。

背景技术

在机械传动形式中齿轮传动使用最为广泛。因其传动比准确，结构紧凑，工作可靠等特点，使其在机械等领域广泛使用，在一定程度上影响着整个机械产业的发展水平。伴随着各种各样的高科技产品的出现，其中要求越来越高的精密零件加工使得数控机床以及数控加工中心的精确使用显得越发重要。将检测技术引入数控机床本身，便构成在线检测技术，同时也完成了测量方式的华丽转变：由线外测量自然的过度到在线测量。数控机床在线检测技术，将产品设计加工与检测工作形成统一的整体，实现了加工-测量-修整一体化，减少了生产辅助时间，提高了生产效率，同时也大大的提高了机械加工的精密度。

在线测量装置根据探头的不同可以分为接触式测量和非接触式测量，非接触式测量通常采用激光式的测量方法，虽然能达到一定的测量精度，但是其对工作环境的要求很高。以齿轮磨床为例，在实际齿轮磨削过程中，空气中会弥漫着冷却液、磨削粒等杂质，在对齿轮进行实时在线测量时会很大地影响非接触式的测量精度。

对于加工中的环境恶劣不适合激光测量的大部分场合，接触式探头相比非接触式探头能避免测量环境中杂质对测量结果的影响。触发式探头在原理上相当于杠杆结构，触测时，必须使传感器能够触发(相当于开关断开)才能发出信号。测针(力臂)具有一定的长度，所以在测针宝石球接触标准量棒后，还要运行一段距离才能使传感器触发，测针越长，这段距离越大，从而造成触发信号的迟疑，即因为这个迟疑的存在会使得通过测量值计算出的量棒直径小于宝石球直径和标准量棒直径之和而导致测量不准确。然而，现有的测量该迟疑信号的方法确有诸多不足，由于测量次数与准确度、时间是正相关的，即为了达到较高的准确度必须花费较多的时间来进行多次测量，然而实际加工生成却希望花费较短的时间。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出了一种加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法，该方法花费较短的时间而获得较为准确的测量结果，解决了上述的时间与准确度的矛盾。

一种加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法，通过接触式探头测量加工机床上的量棒来得到该接触式探头的迟疑信号，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，使用接触式探头测量在量棒相同的Y轴坐标Y₀处的X轴坐标的最高点B₁和最低点B₂并分别记作(B₁，Y₀)，(B₂，Y₀)，则量棒的中心处的X轴坐标为(B_M，Y₁)，其中B_M＝(B₁+B₂)/2，Y₁为接触式探头在量棒X轴为B_M处测得的Y轴值；

步骤二，根据步骤一求出接触式探头圆心在量棒中心时的Y轴坐标值Y₂，其中D为已知的量棒的直径，D_探头为接触式探头的直径；

步骤三，给定初始区间(a，b)和收敛精度ε，同时赋值λ＝0.618其中a＝Y₂，b＝a+z，z为迟疑信号的上限值，使用上述参数进行试探性的测量得到量棒的最低点坐标(B₂，Y)和最高点的坐标(B₁，Y)；

步骤四，根据三角定律计算出量棒的测量直径D_测＝Rsin(B₁-B_中)+Rsin(B_中-B₂)，其中R为接触式探头的旋转半径；

步骤五，计算接触式探头在其最大直径处触发的距离方向上的迟疑信号为在角度方向上的迟疑信号为Δ_角＝Δ/R。

本发明提供的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法，还可以具有这样的特征，其特征在于步骤三中试探性的测量的过程包括：

步骤S3-1，令X轴坐标α1＝b-λ(b-a)，α2＝b+λ(b-a)；

步骤S3-2，对应的接触式探头分别测得对应的Y轴坐标为y₁，y₂，

步骤S3-3，比较y1与y2的大小，如果y1≥y2，令a＝α1，b仍为原来的b，则α1＝α2，α2＝a+λ(b-a)，同时对应的接触式探头分别测得对应的Y轴坐标为y2，y3，如果y1＜y2，令a为原来的a，而b＝α2，则α2＝α1，α1＝b-λ(b-a)；

步骤S3-4，计算并判断且是否成立，如果成立则输出变量并结束，如果不成立则进入下一步；

步骤S3-5，如果且不成立，则返回执行步骤S3-2直至结束。

本发明提供的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，迟疑信号的上限值z为0.1-0.3。

发明作用与效果

根据本发明所提供的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法，由于使用一维搜索试探方法中的黄金分割法(又称作0.618法，是建立在区间消去法原理基础上的试探方法，即在搜索区间[a，b]内适当插入两点α₁、α₂，并计算其函数值。α₁、α₂将区间分为三段)，应用函数的单谷性质，通过函数值大小的比较，删去其中一段，使搜索区间得以缩短；然后在保留下来的区间上作同样的处理，如此迭代下去，使搜索区间无限缩小，从而得到极小点的数值近似解。通过该方法使得测量过程是一直朝向最终结果前进的，并且没有“走冤枉路”，较一般使用的随机取点检测方法测量的数据点少，而结果却更准确，满足了时间短效果好的实际应用要求。

附图说明

图1为拟合出的量棒外圈与探头理论上走过的圆形对比示意图；

图2为本发明的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法的实验流程图；

图3为本发明的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法中接触式探头测量量棒的示意图，其中a为正视图，b为俯视图；以及

图4为试探性的测量的步骤示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法的原理步骤使用效果作具体阐述。

实施例

图1为拟合出的量棒外圈与探头理论上走过的圆形对比示意图。

本实施例以L300G磨齿机为例。

对L300G磨齿机结构参数进行了查询与实际测量，已知该机床上接触式探头的旋转半径为R，接触式探头的直径为D_探头，实验验证了该探头旋转中心在量棒所在的中心平面内，标准量棒的直径为D。

通过查询接触式探头的设计原理，已知接触式探头内部存在传感器，探头接触时信号进入计数系统，将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机，期间存在信号传递的迟疑现象。

通过实际走机实验，如图1所示，由测量点拟合出的圆比理论探头走过的圆要小，验证了接触式探头存在信号迟疑现象，同时由该走机实验和图1可以计算得到该机床上的接触式探头的迟疑信号的上限值z为0.1-0.3，本实验中知道该上限值z为0.2。

图2为本发明的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法的实验流程图。

提取探头迟疑信号的流程图如图2所示，通过在线测量装置的几何结构已经测量出了探头的旋转半径R，本发明的重点就是怎样测量出探头在量棒最大直径处的值，即在量棒的最高点与最低点处。

图3为本发明的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法中接触式探头测量量棒的示意图，其中a为正视图，b为俯视图。

如图3所示，接触式探头在量棒最大直径处的值，即在量棒的最高点与最低点处，如图3所示的探头标定点1和探头标定点2，通过多次测量得到量棒最高点与最低点处的坐标值。

完成了上述的准备工作后，下面是实际的操作过程。

步骤一，如图3所示，使用接触式探头测量在量棒相同的Y轴坐标Y₀处的X轴坐标的最高点B₁和最低点B₂并分别记作(B₁，Y₀)，(B₂，Y₀)，则量棒的中心处的X轴坐标为(B_M，Y₁)，其中B_M＝(B₁+B₂)/2，Y₁为接触式探头在量棒X轴为B_M处测得的Y轴值。

步骤二，根据步骤一求出接触式探头圆心在量棒中心时的Y轴坐标值Y₂，其中D为已知的量棒的直径，D_探头为接触式探头的直径。

步骤三，给定初始区间(a，b)和收敛精度ε，同时赋值λ＝0.618其中a＝Y₂，b＝a+z，z为迟疑信号的上限值，这里取值为0.2，使用上述参数进行试探性的测量得到量棒的最低点坐标(B₂，Y)和最高点的坐标(B₁，Y)。

图4为试探性的测量的步骤示意图。

其中试探性的测量采用黄金分割法最好得到量棒的最低点Y轴坐标Y，该过程包括下面的小步骤：

步骤S3-1，令X轴坐标α1＝b-λ(b-a)，α2＝b+λ(b-a)；

步骤S3-2，对应的接触式探头分别测得对应的Y轴坐标为y₁，y₂，

步骤S3-3，比较y1与y2的大小，如果y1≥y2，令a＝α1，b仍为原来的b，则α1＝α2，α2＝a+λ(b-a)，同时对应的接触式探头分别测得对应的Y轴坐标为y2，y3，如果y1＜y2，令a为原来的a，而b＝α2，则α2＝α1，α1＝b-λ(b-a)；

步骤S3-4，计算并判断且是否成立，如果成立则输出变量并结束，如果不成立则进入下一步；

步骤S3-5，如果且不成立，则返回重复执行步骤S3-2直至结束。

步骤四，根据三角定律计算出量棒的测量直径D_测＝Rsin(B₁-B_中)+Rsin(B_中-B₂)，其中R为接触式探头的旋转半径；

步骤五，计算接触式探头在其最大直径处触发的距离方向上的迟疑信号为在角度方向上的迟疑信号为Δ_角＝Δ/R。

实施例的作用和有益效果

根据本实施例所提供的加工机床中在线测量的接触式探头迟疑信号的提取方法，由于使用一维搜索试探方法中的黄金分割法(又称作0.618法，是建立在区间消去法原理基础上的试探方法，即在搜索区间[a，b]内适当插入两点α₁、α₂，并计算其函数值。α₁、α₂将区间分为三段)，应用函数的单谷性质，通过函数值大小的比较，删去其中一段，使搜索区间得以缩短；然后在保留下来的区间上作同样的处理，如此迭代下去，使搜索区间无限缩小，从而得到极小点的数值近似解。通过该方法使得测量过程是一直朝向最终结果前进的，并且没有“走冤枉路”，较一般使用的随机取点检测方法测量的数据点少，而结果却更准确，满足了时间短效果好的实际应用要求。