大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)及其找正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)及其找正方法，該自動(dòng)找正系統(tǒng)包括測(cè)量路徑規(guī)劃器等元件，測(cè)量路徑規(guī)劃器、運(yùn)動(dòng)變換模塊、五軸數(shù)控機(jī)床都與PC機(jī)連接，運(yùn)動(dòng)變換模塊、信號(hào)接收器都與五軸數(shù)控機(jī)床連接，在線測(cè)頭與信號(hào)接收器連接，測(cè)量路徑規(guī)劃器自動(dòng)產(chǎn)生在線測(cè)頭測(cè)量毛坯上點(diǎn)的坐標(biāo)的路徑；PC機(jī)接收從測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生的坐標(biāo)的路徑并傳給五軸數(shù)控機(jī)床，而且根據(jù)在線測(cè)頭的測(cè)量結(jié)果重新計(jì)算加工軌跡；運(yùn)動(dòng)變換模塊把在編程坐標(biāo)系下表示的刀位文件轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系下的刀位文件，五軸數(shù)控機(jī)床安裝有毛坯、在線測(cè)頭和信號(hào)接收器。本發(fā)明提高找正效率和精度，且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償加工，從而可以提高零件生產(chǎn)的效率。
【專利說(shuō)明】大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)及其找正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)找正系統(tǒng)及其找正方法，特別是涉及一種大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)及其找正方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前絕大多數(shù)企業(yè)仍在使用手動(dòng)方法進(jìn)行對(duì)刀、工件找正及脫機(jī)檢測(cè)，這些手動(dòng)操作不僅會(huì)引入操作誤差，降低加工質(zhì)量，而且會(huì)導(dǎo)致加工機(jī)床處于長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī)狀態(tài)，使得生產(chǎn)效率難以提高。手動(dòng)對(duì)刀、工件找正必然存在裝夾誤差，且誤差大小無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)和校正。脫機(jī)檢測(cè)也會(huì)降低工件的二次修復(fù)精密加工質(zhì)量。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?01120282462.9且名稱為《對(duì)刀裝置》的中國(guó)專利的對(duì)刀方法仍然通過(guò)人工方式，且對(duì)刀后如果發(fā)現(xiàn)工件偏移，無(wú)法通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)校正；申請(qǐng)?zhí)枮?00910051261.5且名稱為《數(shù)控加工中心刀具長(zhǎng)度自動(dòng)測(cè)量方法》的中國(guó)專利中，僅僅是對(duì)刀具長(zhǎng)度做自動(dòng)測(cè)量和在數(shù)控系統(tǒng)中補(bǔ)償，無(wú)法對(duì)工件的位置進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)及其找正方法，其提高找正效率和精度，且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償加工，從而可以提高零件生產(chǎn)的效率。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)，其特征在于，其包括測(cè)量路徑規(guī)劃器、PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)變換模塊、五軸數(shù)控機(jī)床、信號(hào)接收器、在線測(cè)頭，測(cè)量路徑規(guī)劃器、運(yùn)動(dòng)變換模塊、五軸數(shù)控機(jī)床都與PC機(jī)連接，運(yùn)動(dòng)變換模塊、信號(hào)接收器都與五軸數(shù)控機(jī)床連接，在線測(cè)頭與信號(hào)接收器連接，測(cè)量路徑規(guī)劃器自動(dòng)產(chǎn)生在線測(cè)頭測(cè)量毛坯上點(diǎn)的坐標(biāo)的路徑；PC機(jī)接收從測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生的坐標(biāo)的路徑并傳給五軸數(shù)控機(jī)床，而且根據(jù)在線測(cè)頭的測(cè)量結(jié)果重新計(jì)算加工軌跡；運(yùn)動(dòng)變換模塊把在編程坐標(biāo)系下表示的刀位文件轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系下的刀位文件，五軸數(shù)控機(jī)床安裝有毛坯、在線測(cè)頭和信號(hào)接收器，信號(hào)接收器安裝在數(shù)控機(jī)床上并接收來(lái)自在線測(cè)頭的信號(hào)，在線測(cè)頭用來(lái)測(cè)量毛坯上點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0006]本發(fā)明還提供一種大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)的找正方法，其特征在于，該找正方法采用上述的大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)，該找正方法包括以下步驟:
步驟一，通過(guò)測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生測(cè)頭測(cè)量路徑，根據(jù)在加工工序中對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到端面水平誤差；
步驟二，通過(guò)測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生測(cè)頭測(cè)量路徑，在加工工序中對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到中心誤差；
步驟三，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系得到工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系間的變換關(guān)系；
步驟四，根據(jù)前面測(cè)量所得到的端面水平誤差、中心誤差，以及工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系間的變換關(guān)系重新計(jì)算加工軌跡。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟一是在毛坯端面取三個(gè)非共線點(diǎn)，得到這些點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出毛坯端面實(shí)際位置的位置與法向，求出端面水平偏差。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟二是用在線測(cè)頭與毛坯上的測(cè)量點(diǎn)碰撞，通過(guò)找中心原理找到中心，在加工工序中加入原位測(cè)量對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到中心誤差。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟四把在工件坐標(biāo)系下表示的刀位文件變換為機(jī)床坐標(biāo)系下的加工代碼。
[0010]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明提高找正效率和精度，且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償加工，從而可以提聞零件生廣的效率，并減少?gòu)U品率。
[0011]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)的原理框圖。
[0013]圖2為本發(fā)明中得到端面水平誤差的工作原理示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明求解端面水平誤差的工作原理示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明中變換關(guān)系的工作原理示意圖。
[0016]_

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)包括測(cè)量路徑規(guī)劃器、PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)變換模塊、五軸數(shù)控機(jī)床、信號(hào)接收器、在線測(cè)頭，測(cè)量路徑規(guī)劃器、運(yùn)動(dòng)變換模塊、五軸數(shù)控機(jī)床都與PC機(jī)連接，運(yùn)動(dòng)變換模塊、信號(hào)接收器都與五軸數(shù)控機(jī)床連接，在線測(cè)頭與信號(hào)接收器連接，測(cè)量路徑規(guī)劃器自動(dòng)產(chǎn)生在線測(cè)頭測(cè)量毛坯上點(diǎn)的坐標(biāo)的路徑；PC機(jī)接收從測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生的坐標(biāo)的路徑并傳給五軸數(shù)控機(jī)床，而且根據(jù)在線測(cè)頭的測(cè)量結(jié)果重新計(jì)算加工軌跡；運(yùn)動(dòng)變換模塊把在編程坐標(biāo)系下表示的刀位文件轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系下的刀位文件，五軸數(shù)控機(jī)床安裝有毛坯、在線測(cè)頭和信號(hào)接收器，信號(hào)接收器安裝在數(shù)控機(jī)床上并接收來(lái)自在線測(cè)頭的信號(hào)，在線測(cè)頭用來(lái)測(cè)量毛坯上點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0019]本發(fā)明大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)的找正方法包括以下步驟:
步驟一，通過(guò)測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生測(cè)頭測(cè)量路徑，根據(jù)在加工工序中對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到端面水平誤差，具體過(guò)程如下:采用三角標(biāo)架進(jìn)行檢測(cè)，如圖2所示，在毛坯端面取三個(gè)非共線點(diǎn)召、巧、乓，利用在線測(cè)頭依次對(duì)三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)在線測(cè)頭碰到對(duì)應(yīng)的位置時(shí)發(fā)出信號(hào)，五軸數(shù)控機(jī)床通過(guò)信號(hào)接收器接收在線測(cè)頭的信號(hào)后，記錄這些點(diǎn)的坐標(biāo)
其中 f 取 I, 2，3。
[0020]從而可以計(jì)算出毛坯端面實(shí)際位置F的位置與法向?，如圖2所亍?與端面理想位置G法向》^(OjOJ)之間的夾角α即端面水平誤差。
[0021 ] 如圖3所示，為了補(bǔ)償端面水平誤差，需要求出實(shí)際端面與水平面在X、Y兩個(gè)方向的誤差角An、Bn。
[0022]按照誤差校正先后順序，先確定An，如圖3所示，繞X軸旋轉(zhuǎn)An后，平面P1P2P3與XY平面的交線MN與Y軸平行ο設(shè)旋轉(zhuǎn)后為--ζ.?)于是如式(I):
_ ζ\-ζ\ ζ\- ζ\
lan^" =~ r =~ r⑴
I2 JC1 Xj-X1
于是可得如式(2)、(3)、(4):
加」....-Jf3)+-JrJ- Jfi)⑵.1^(? -Z5) f.1? (Z1 — Z3) Λγ j^(.z^ — Z2)
?Βπ?η =⑶
mX = ~xis*a^a f Ops^aAi + ^COSA)?*^ zB(4)
其中，今表示理論毛坯端面在編程坐標(biāo)系中坐標(biāo)。
[0023]步驟二，通過(guò)測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生測(cè)頭測(cè)量路徑，在加工工序中對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到中心誤差，具體過(guò)程如下:回轉(zhuǎn)中心偏移誤差檢測(cè)采用簡(jiǎn)單的找中心原理找到中心。在線測(cè)頭以五軸數(shù)控機(jī)床絕對(duì)坐標(biāo)O在:r方向上與毛坯測(cè)量點(diǎn)月、芎碰撞，從而找到回轉(zhuǎn)中心的JT軸坐標(biāo)，調(diào)整測(cè)量路徑，使得芎、巧測(cè)量點(diǎn)位置更改至Ps、Λ，使其:r軸坐標(biāo)為回轉(zhuǎn)中心的^軸坐標(biāo)。回轉(zhuǎn)中心&坐標(biāo)為下圖中為了圖片表達(dá)清晰，將測(cè)量點(diǎn)選在毛坯邊緣處，實(shí)際上測(cè)量點(diǎn)必須選在相同z坐標(biāo)圓柱面上，且不在圓柱邊緣處。
[0024]于是可得式(5)、(6):
(5)
”7 = _ (6)
7 2
步驟三，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系得到工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系間的變換關(guān)系，具體過(guò)程如下:這里以適合葉輪加工的AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床(五軸數(shù)控機(jī)床的一種)進(jìn)行測(cè)量與補(bǔ)償方案的設(shè)計(jì)，其中A軸和C軸為兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸。為了方便描述機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，建立圖4所示的坐標(biāo)系統(tǒng)。工件Jl快速找正與裝夾誤差補(bǔ)償就是要實(shí)現(xiàn)從0^1^到0#/名之間的轉(zhuǎn)換，可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)變換模塊得到。其中，OwXwTwZb為與工件固聯(lián)的工件坐標(biāo)系擇搞為與刀具J2固聯(lián)的刀具坐標(biāo)系，其原點(diǎn)設(shè)在刀位點(diǎn)上，其坐標(biāo)軸方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致OmXwTmZm為與定軸2固聯(lián)的坐標(biāo)系，其原點(diǎn)°?為兩回轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)，其坐標(biāo)軸方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致。為原位檢測(cè)后計(jì)算得到的新的工件固聯(lián)的工件坐標(biāo)系，其坐標(biāo)軸方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致。由于裝配誤差，兩回轉(zhuǎn)軸的軸線沒(méi)有相交，2軸實(shí)際上是繞軸線I旋轉(zhuǎn)，I與叉.的距離為d。與O;搞之間的變化屬于后置處理部分，這里暫不討論，主要考慮與之間的變化。
[0025]令原位檢測(cè)裝夾誤差校正順序?yàn)檩S,因此，中刀位點(diǎn)[xyzijk] ^jO1fXJwZw中刀位點(diǎn)k'yz'iV'fcl之間的變換關(guān)系為:
[Vf k' of = TirJxir(A)X ^WxrCr-Jx^CJxfi J k of( 7 )
[x'y'z'lf ^TirJyc^{BJycTir'JyiRXCJ^lxyzif (8)
上式中，T和R分別為平移和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齊次坐標(biāo)變換矩陣:
I O O Rr
0 10?
--Ο、(9)
0 0 10
0 0 0 1
I O O O
O cos 4.—sinA O
(W)=(?ο)
O Stxt^1 cos 人 O
O O O I
COSjSJelO ShiStlO
0100
SliStlO COS^rO(11)
00 01
10 0 0
0 10 0
U= O O I ^(12)
0 0 0 1
CosCa -SinC11 O O
an Cn CosC11 O O Jfa(Q = ~(13)
JO O I O
O O O I
上述關(guān)系式(包括變換關(guān)系、齊次坐標(biāo)變換矩陣等)內(nèi)嵌在數(shù)控系統(tǒng)中。
[0026]步驟四，根據(jù)前面測(cè)量所得到的端面水平誤差、中心誤差，以及工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系間的變換關(guān)系重新計(jì)算加工軌跡，具體過(guò)程如下:根據(jù)式(7)、(8)中的關(guān)系式，將測(cè)量值補(bǔ)償在關(guān)系式中的(7)、(8)，這樣得到補(bǔ)償后的刀位文件，通過(guò)運(yùn)動(dòng)變換模塊，把在工件坐標(biāo)系下表示的刀位文件變換為機(jī)床坐標(biāo)系下的加工代碼，通過(guò)補(bǔ)償計(jì)算消除了由裝夾誤差而引起的零件加工誤差，使加工出來(lái)的零件滿足精度要求，且提高找正效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償加工，從而可以提高零件生產(chǎn)的效率。
[0027]將上述四步計(jì)算得到的刀具位置及矢量進(jìn)行連接，并輸出為機(jī)床能夠識(shí)別的代碼格式。通過(guò)原位測(cè)量得到裝夾誤差后，不可能直接對(duì)數(shù)控代碼進(jìn)行修改補(bǔ)償，然而能夠根據(jù)裝夾誤差方便快捷的對(duì)編程坐標(biāo)系下刀位文件進(jìn)行補(bǔ)償，即將忽略裝夾誤差的數(shù)控代碼根據(jù)機(jī)床機(jī)構(gòu)及參數(shù)反算為刀位文件，對(duì)刀位文件進(jìn)行誤差補(bǔ)償，或者直接對(duì)編程軟件產(chǎn)生的刀位文件(反算得到的與之相同)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，然后再轉(zhuǎn)化為五軸數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的數(shù)控代碼。
[0028]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改型和改變。因此，本發(fā)明覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)，其特征在于，其包括測(cè)量路徑規(guī)劃器、PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)變換模塊、五軸數(shù)控機(jī)床、信號(hào)接收器、在線測(cè)頭，測(cè)量路徑規(guī)劃器、運(yùn)動(dòng)變換模塊、五軸數(shù)控機(jī)床都與PC機(jī)連接，運(yùn)動(dòng)變換模塊、信號(hào)接收器都與五軸數(shù)控機(jī)床連接，在線測(cè)頭與信號(hào)接收器連接，測(cè)量路徑規(guī)劃器自動(dòng)產(chǎn)生在線測(cè)頭測(cè)量毛坯上點(diǎn)的坐標(biāo)的路徑；PC機(jī)接收從測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生的坐標(biāo)的路徑并傳給五軸數(shù)控機(jī)床，而且根據(jù)在線測(cè)頭的測(cè)量結(jié)果重新計(jì)算加工軌跡；運(yùn)動(dòng)變換模塊把在編程坐標(biāo)系下表示的刀位文件轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系下的刀位文件，五軸數(shù)控機(jī)床安裝有毛坯、在線測(cè)頭和信號(hào)接收器，信號(hào)接收器安裝在數(shù)控機(jī)床上并接收來(lái)自在線測(cè)頭的信號(hào)，在線測(cè)頭用來(lái)測(cè)量毛坯上點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2.一種大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)的找正方法，其特征在于，該找正方法采用權(quán)利要求1的大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)，該找正方法包括以下步驟: 步驟一，通過(guò)測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生測(cè)頭測(cè)量路徑，根據(jù)在加工工序中對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到端面水平誤差； 步驟二，通過(guò)測(cè)量路徑規(guī)劃器產(chǎn)生測(cè)頭測(cè)量路徑，在加工工序中對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到中心誤差； 步驟三，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系得到工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系間的變換關(guān)系； 步驟四，根據(jù)前面測(cè)量所得到的端面水平誤差、中心誤差，以及工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系間的變換關(guān)系重新計(jì)算加工軌跡。
3.如權(quán)利要求2所述的大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)的找正方法，其特征在于，所述步驟一是在毛坯端面取三個(gè)非共線點(diǎn)，得到這些點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出毛坯端面實(shí)際位置的位置與法向，求出端面水平偏差。
4.如權(quán)利要求2所述的大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)的找正方法，其特征在于，所述步驟二是用在線測(cè)頭與毛坯上的測(cè)量點(diǎn)碰撞，通過(guò)找中心原理找到中心，在加工工序中加入原位測(cè)量對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量得到中心誤差。
5.如權(quán)利要求2所述的大型結(jié)構(gòu)件原位測(cè)量自動(dòng)找正系統(tǒng)的找正方法，其特征在于，所述步驟四把在工件坐標(biāo)系下表示的刀位文件變換為機(jī)床坐標(biāo)系下的加工代碼。
【文檔編號(hào)】B23Q15/14GK104139321SQ201310437472
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】畢慶貞, 鐘柳春 申請(qǐng)人:上海拓璞數(shù)控科技有限公司, 上海拓璞軟件技術(shù)有限公司